JPH06351190A

JPH06351190A - スピンドルモータ

Info

Publication number: JPH06351190A
Application number: JP13720693A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kono; 敬河野; Kenji Mori; 健次森; Takashi Yoshida; 吉田　　隆; Tomoaki Inoue; 知昭井上; Masaaki Nakano; 正昭仲野; Hideaki Amano; 英明天野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JP2856027B2

Abstract

(57)【要約】【構成】磁気ディスク１，スペーサ７を含む回転体全体
により決定される重心位置と、モータステータコイル５
及びモータマグネット９に形成される磁束軸方向中心を
一致させ、かつこの位置を同じ軸受剛性を持つラジアル
軸受のちょうど中間位置に一致させる。【効果】回転体重心位置と磁束中心位置を一致させ、こ
れを軸受剛性の中心位置に一致させることにより、外乱
振動や電磁振動が働いた場合においても回転体に回転モ
ーメントが働くことなく、ジャイロによる触れ回り振動
を発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気ディスク装置，光デ
ィスク装置，フロッピィディスク装置，ビデオテープレ
コーダのシリンダモータ，レーザビームプリンタのホリ
ゴンミラーモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置に対する要求はコンピ
ュータ本体の高速化，ダウンサイジング化，画像情報等
を取り扱う使用ソフトの大型化複雑化等に伴い、小型，
大容量，高速転送が要求されるようになってきている。
これに対応して、スピンドルモータには小型，低振動，
高速回転，長寿命が要求されている。これらの要求に対
する一つの方策として軸受を従来の玉軸受から滑り軸受
にすることが検討されている。

【０００３】図５に滑り軸受を使ったスピンドルモータ
の従来例を示す。シャフトはベースに固定され、このシ
ャフトに２箇所のラジアル動圧溝が形成されており、こ
こが軸受部になっている。ハブとこのラジアル軸受の間
には潤滑油が注油されている。ハブの回転は、動圧溝の
広い側に向かって（図２では左から右に向かって）回転
する。これによりこの溝部に大きな動圧が発生し、ハブ
は軸に接触することなく回転支持される。スラスト軸受
はシャフトの固定端とは反対側の端部に対向したハブ側
にスパイラル状の動圧溝が形成されておりラジアル部と
同様、回転に伴いこの部分が大きな動圧を発生し、ハブ
を非接触で支持する。ハブにはマグネットが設けられて
おり、固定部にはこれと対抗してステータコイルが設け
られている。このマグネット，ステータコイルはモータ
を形成しており、ステータコイルに駆動電流を供給する
ことにより回転体を回転駆動する。

【０００４】ラジアル，スラスト滑り軸受では、玉軸受
において不可避である玉通過振動等に伴う非同期振動が
原理的に発生しない。また潤滑油に大きな減衰性がある
ことから低振動で高速回転が可能となる。

【０００５】従来技術の例には特開平2−168465 号，特
開平4−98653号公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】滑り軸受の剛性は潤滑
媒体の粘度，周速度，隙間比等によって決まり、またこ
れらの値は負荷とも関連するため一概には規定できない
が、同じ軸径の玉軸受と較べると負荷を同等にした場
合、すべり軸受の軸受剛性は玉軸受に較べて低下する。
潤滑媒体の粘度を大きくし、また隙間比を小さくすれば
剛性は大きくすることができるが、今度は負荷が大きく
なる問題が発生する。この剛性低下と負荷増加の問題は
特に３.５インチ以下の小型磁気ディスクに搭載する場
合、その径が小さく周速度が低下するため顕著に現れ
る。剛性が低いと回転系に加振力が加わった場合、ジャ
イロ効果により磁気ディスクの首振り振動が顕著に現れ
磁気ディスクに対する磁気ヘッドの位置決めが正しく行
われず、正確な情報の読み書きができなくなる。

【０００７】図６に従って、従来の技術による回転系に
加振力が加わった場合のジャイロ効果による首振り振動
発生について示す。いま外乱加振力Ｆが回転体に加わっ
た場合、この力は回転体重心に働くと考えてよい。重心
が従来技術のように二つのラジアル軸受の中間になく図
のような位置にある場合、力の釣合から各々の軸受ｋ
１，ｋ２には次のような変位Ｘ１，Ｘ２を生じる。

【０００８】

【数１】Ｘ１＝Ｆ×Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｋ１ …（数１）Ｘ２＝Ｆ×Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｋ２従来技術の場合、Ｘ１≠Ｘ２となるから、次式のような
ｚ軸回りの倒れθを発生させる。

【０００９】

【数２】 θ＝ＴＡＮ−１（（Ｘ１−Ｘ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）） …（数２）Ｆは変動力であるからθも時間的に変動しある角速度を
持つ。回転体にはこの角速度によりジャイロモーメント
ＬがＹ軸回りに発生し、その大きさはＸ軸回りの慣性モ
ーメントＩ、回転角速度をωとすると次式で表される。

【００１０】

【数３】Ｌ＝Ｉ×ω×（ｄθ／ｄｔ） …（数３）滑り軸受の場合、軸受剛性は玉軸受にくらべて低下して
いるから、このジャイロモーメントにより磁気ディスク
が大きな首振り運動を行う恐れがある。

【００１１】加振力は、モータの電磁加振力も考えられ
る。理想的なモータでは、電磁力は回転トルクのみを発
生し、軸に対する加振力は発生しないはずである。しか
し、実際には軸やステータ，マグネットの偏心や形状誤
差等により軸に対する加振力を発生してしまう。図７に
示すようにステータコイル中心とマグネット中心が偏心
している場合、本来釣りあっているはずの放線方向の力
ベクトルも接線方向の力ベクトルも釣合が崩れるため、
各々の残留ベクトルＦ１とＦ２の和として力Ｆが軸に加
わる。この力Ｆはマグネット極数×回転数の周波数を持
つ。この力Ｆはマグネットとステータコイルにより形成
される磁束の中心で働くと考えると、従来技術のように
軸方向で重心位置とこの磁気中心がずれていると、重心
まわりに回転モーメントを発生する。これは、回転体に
ある角速度を与えるから、先の外乱の場合と同様ジャイ
ロモーメントを発生させ、磁気ディスクの首振りを起こ
す原因となる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、回転体の重
心位置を二つのラジアル軸受のちょうど中間位置と一致
させる。また、モータステータとマグネットの磁気中心
位置を前記重心と一致させ、二つのラジアル軸受のちょ
うど中間位置と一致させる。

【００１３】あるいは前記重心位置、もしくは一致させ
た重心位置と磁気的中心位置を二つのラジアル軸受の間
になるよう構成し、この位置に力が作用した場合、二つ
のラジアル軸受が同じ変位量になるよう各々のばね剛性
を設定する。

【００１４】

【作用】本発明は数１においてｘ１＝ｘ２となるよう回
転体の重心位置とラジアル軸受の位置及び軸受ばね定数
を規定するもので、数２から明らかなように、加振力が
回転体に加わっても倒れθが発生する事はない。従っ
て、回転体に角速度が加わることもなくそれに伴うジャ
イロによる首振り振動は発生しない。また、磁気中心と
重心位置を一致させかつ前述した条件を満たすようラジ
アル軸受位置及び軸受剛性を規定することにより、磁気
励振力も回転体に対してジャイロ力を発生させる要因と
はならない。従って、剛性の低い滑り軸受を高速で使用
しても安定な回転が実現できる。

【００１５】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例について示す。
本実施例では２.５インチ磁気ディスク装置を想定して
いる。磁気ディスク１の内径は２０mm，外径６５mmで本
実施例ではこれを３枚積層している。回転数は３６００
rpm から７２００rpm が想定され、軸受寿命は５０００
０時間以上の連続使用が想定されている。３枚の磁気デ
ィスク１がハブ１０にスペーサを介して積層され、回転
中に滑り等が生じないようクランプ３により固定されて
いる。ハブ１０の中心には、シャフト２が圧入，接着等
の方法で正確な垂直度で取り付けられている。このシャ
フト２には、潤滑媒体注入用穴が形成されている。この
穴は、潤滑媒体注入後封止される。ハブ１０の内面に
は、円筒状のマグネット９が取付けられ数個の磁極が形
成されている。このマグネット９に対向してステータコ
イル５がブラケット６に形成されており、このステータ
コイル５に駆動電流を流すことにより、回転体を駆動す
る。このステータコイル５とマグネット９により形成さ
れる磁束の軸方向中心は磁気ディスク１，ハブ１０，マ
グネット９，シャフト２により形成される回転体の重心
と概ね一致するようステータコイル５，マグネット９の
位置は決定されている。ステータコイル５の背面にはラ
ジアル軸受ブラケット１４が設けられており、このブラ
ケット１４のシャフト２に対向した上下の２箇所にラジ
アル滑り軸受面１１が形成されている。この軸受部１１
には潤滑媒体として、潤滑油あるいは磁性流体が注入さ
れており、シャフト２の回転にともない発生する動圧力
によりシャフト２を支える。回転体重心位置１３及び磁
気中心位置１８は二つのラジアル軸受１１のちょうど中
央になるような位置になるよう全体の配置が決定され
る。これにより、外部からの振動、あるいは磁気力のア
ンバランスに対しても安定した回転が実現できる。シャ
フト２と軸受ブラケットにより形成される軸受部のどち
らか、あるいは両方に動圧溝を設けることにより動圧力
を高め、軸受剛性を大きくすることもできる。シャフト
２のハブ１０とは反対の端部とこれと対抗した部分には
スラスト軸受ブラケット４が設けられており、シャフト
２端部との間でスラスト軸受１６を形成している。この
軸受部１６にはラジアル軸受１１部と同じ、もしくは異
なる潤滑油もしくは磁性流体が注入されており、回転に
ともない発生する油膜によりスラスト荷重を支える。こ
の部分も両方あるいはどちらか一方に、動圧溝を形成し
軸剛性を高めることができる。またシャフト２端あるい
はブラケット部４を球面にすることにより、摩擦トルク
を小さくすることも考えられる。ラジアル軸受ブラケッ
ト１４の端部には磁性流体シール８が設けられており、
軸受部の潤滑媒体が外部に漏洩することをなくしてい
る。この磁性流体シール８は漏洩量が微量の場合もしく
は漏洩媒体が磁気ディスク１の性能を劣化させないと判
断された場合にはとり除かれる。スラスト軸受ブラケッ
ト４の背後には、スラスト予圧マグネット１２が設けら
れておりシャフト２を磁気的に吸引し、軸方向に予圧を
加えるよう構成しており、スラスト軸受部の剛性を上げ
ると共に、衝撃等により回転体が抜けることを防止して
いる。予圧の方法としては、ステータコイル５による軸
方向磁束中心とマグネット９の磁束中心を相対的に若干
ずらし、その磁気吸引がスラストの予圧方向にかかるよ
う構成する方法もある。この場合、前述のスラスト予圧
マグネット１２は不要となる。

【００１６】図２に本発明の第２の実施例を示す。本発
明も第１の実施例の場合と同様、２.５インチ磁気ディ
スクを想定している。本発明の場合シャフト２はブラケ
ット１４に固定されており、第１の実施例とは逆に、ラ
ジアル軸受ブラケット１４がハブ１０に固定され回転す
る。このブラケット１４とシャフト２間にラジアル動圧
軸受１１が形成され、回転体をラジアル方向に支持す
る。磁気ディスク１，ハブ１０等の回転体全体の重心１
３は、ステータコイル５，マグネット９により形成され
る磁束中心１８と一致し、またこれはラジアル軸受１１
のほぼ中間位置にあり、外乱力及び電磁力のアンバラン
ス力が作用しても、安定して回転できる。シャフト２端
にはシャフト２よりも若干径の大きなスラスト円盤１７
が取り付けられており、このスラスト円盤１７の両面に
は動圧溝が形成されており、回転に伴い動圧力を発生
し、回転体をスラスト方向に支持し得る構造になってい
る。スラスト動圧溝は、スラスト軸受ブラケット４及び
ラジアル軸受ブラケット１４のスラスト円盤１７と対抗
する面の一方あるいは両方に形成してもよい。本構成に
よれば、シャフト２より大きなスラスト円盤１７が設け
られているから、静止時においてもハブ１０が抜け落ち
ることはない。また、潤滑媒体はシャフト２，軸受ブラ
ケット１４，ステータコイル５で作られる２重円筒状の
隙間に保持されるから、漏洩しにくい構造となってい
る。本構成においても、ブラケット１４端部あるいはス
テータコイル５端部等に磁性流体シールを設け漏洩を完
全に封止することもできる。

【００１７】図３に本発明の第３の実施例について示
す。本実施例は１.８インチの磁気ディスクを想定して
いる。１.８インチの磁気ディスクではハブ１０内にモ
ータを形成することはできない。このため、モータはハ
ブ１０下端部に形成することになる。ハブ１０には、磁
気ディスク１がスペーサ７を介してクランプ３により積
層固定されている。ハブ１０にはシャフト２が固定され
ており、ハブ１０とともに回転する。ブラケット６には
一体で軸受ブラケット１４が形成されている。軸受ブラ
ケット１４のシャフト２に対抗した面には動圧ラジアル
軸受１１が形成されている。磁気ディスク１とスペーサ
７，ハブ１０等により形成されている回転体の重心１３
と二つのラジアル軸受１１の中間位置は概ね一致するよ
う構成されている。これにより、回転系に外乱振動が加
わった場合においても、安定した回転が補償される。ハ
ブ１０下端には、磁性流体シール８が設けられており、
軸受部の潤滑媒体の漏洩をとどめる構成になっている。
シャフト２端もしくはスラストブラケット４の少なくと
も一方には動圧溝が形成される。あるいはどちらか一方
が球面に構成され、スラスト荷重を支える。スラスト方
向の予圧方法は実施例１と同様シャフト２端部を磁気的
に吸引する方法、及びモータステータ５とマグネット９
をずらして行う方法が考えられる。

【００１８】図４には本実施例の第４の実施例を示して
いる。本実施例でシャフト２はブラケット６に固定され
ており、ハブ１０と軸受ブラケット１４は一体で構成さ
れて回転する。軸受ブラケット１４とシャフト２の対抗
する面には動圧軸受１１が形成されており回転体を支え
る。シャフト２端にはスラスト円盤１７が設けられてお
り、ブラケット４，１４との間でスラスト軸受１６を形
成している。ステータコイル５とマグネット９はフラッ
トタイプのモータを形成している。モータをフラットタ
イプにすることにより、スピンドルモータ全体の高さを
従来のものに較べて低くできる。本実施例では、モータ
コイルステータ１８をコイル面よりも高くし、軸受ブラ
ケット部１４とのオーバーラップ部を形成することによ
り、潤滑媒体のシール効果を高めている。フラットモー
タタイプの場合、軸方向に磁束が向くからスラスト方向
の予圧は特に考える必要はない。

【００１９】図８には本発明の第５の実施例を示す。本
実施例では積層された磁気ディスク１の軸方向中間位置
（図８によればちょうど２枚目の磁気ディスク位置）に
マグネット９の中央が来るようハブ１０にマグネット９
を取り付ける。マグネット９に対抗してモータステータ
コイル１８を設ける。また積層した磁気ディスク１の軸
方向中間位置と二つのラジアル軸受１１の中間位置を一
致させる。磁気シール８をステータコイル５の下側に構
成し、軸受潤滑媒体の漏洩を遮断している。ハブ１０お
よびマグネット９は円筒形で各々の重心１３は概ねその
中央に存在すると考えられる。磁気ディスク１の間隔は
一般に一定で配置されるから、本実施例のように構成す
ることにより、重心位置１３はほぼ磁気ディスクの中間
位置にあると考えてよい。また、モータステータコイル
１８及びマグネット９により形成される磁束の軸方向中
心１８はマグネット９の軸方向中心と一致するから、し
たがって本発明のような構成にする事により、重心１３
と軸方向磁束中心は容易に一致させ、さらに軸受中間と
も一致させることができる。これにより、外乱加振力や
電磁加振力が回転体に加わっても回転モーメントを発生
させることはなく、ジャイロによる振れ回り振動を発生
しない。本発明ではシャフト２はハブ１０とともに回転
する構成となっているが、図２に示した構成のように、
ハブ１０をブラケット６に固定した構成においてもハブ
１０磁気ディスク１マグネット９ステータコイル５を設
置する事により同様の効果を得ることができる。

【００２０】以上の実施例では、いずれも重心１３もし
くは重心１３と磁束中心１８を二つの剛性の同じラジア
ル軸受１１間の中間と一致できることを前提としたが、
モータトルクの要求などにより、ステータコイル５，マ
グネット９の必要な大きさの関係から、一致ができない
場合も考えられる。この場合は数２に示してあるよう
に、重心１３もしくは重心１３と磁束中心１８の位置が
近い方の軸受１１の剛性を他方の軸受剛性より大きく
し、重心回りにモーメントを釣り合わせることにより、
外乱振動あるいは電磁振動が加わった場合にもジャイロ
による首振りを発生させず、実施例と同等な効果をうる
ことができる。

【００２１】以上の実施例では重心１３及び磁束中心１
８，両軸受１１の任意の位置に設定できると考えた。ま
た軸受１１の剛性も完全に設定することができると仮定
したが、実際の場合は製作誤差や組立性，モータの必要
トルク等から、完全に条件を満たすことはできない。数
１，数２からわかるように、おのおのの条件は比例的に
ジャイロモーメントに関係するから、概ね１０％以内に
なるよう構成すれば効果が期待できる。

【００２２】第１の実施例及び第２，第５の実施例は
２.５インチの磁気ディスク用のスピンドルモータを想
定しているが、本実施例は３.５インチの磁気ディスク
についても適用できる。また、モータが構成できれば
１.８インチもしくはこれ以下の磁気ディスク用スピン
ドルモータにも適応できる。また、第３，第４の実施例
は１.８インチの磁気ディスク用スピンドルモータを想
定したがこの構成は１.８インチ以下の磁気ディスク用
スピンドルモータにも適用できる。また、この構成が
２.５インチ，３.５インチ磁気ディスク用に適用でき
る。

【００２３】以上の実施例は磁気ディスク装置に限ら
ず、光ディスク装置，フロッピディスク装置，ビデオテ
ープレコーダのシリンダモータ，レーザビームプリンタ
のホリゴンミラーモータに適用できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、小型磁気ディスクに外
乱，磁気的アンバランスが存在した場合にも安定した回
転を維持する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の断面図。

【図２】本発明の第２の実施例の断面図。

【図３】本発明の第３の実施例の断面図。

【図４】本発明の第４の実施例の断面図。

【図５】従来の技術の実施例の断面図。

【図６】従来の問題点の説明図１。

【図７】従来の問題点の説明図２。

【図８】本発明の第５の実施例の断面図。

【符号の説明】

１…磁気ディスク、２…シャフト、３…クランプ、４…
スラスト軸受ブラケット、５…ステータコイル、６…ブ
ラケット、７…スペーサ、８…磁性流体シール、９…マ
グネット、１０…ハブ、１１…ラジアル軸受、１２…ス
ラスト予圧マグネット、１３…重心、１４…軸受ブラケ
ット、１５…油注入穴、１７…スラスト円盤、１８…磁
気中心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上知昭茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者仲野正昭茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者天野英明神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径が３.５インチ以下の磁気ディスクを
１枚もしくは複数枚積層したハブ及び回転中心を与える
シャフトおよびこれら回転体を駆動するため固定部に設
けられるモータステータ及びハブと一体で回転するマグ
ネット及び前記回転体を支持するために気体もしくは液
体の動圧力を利用した剛性の概ね同じ大きさの二つのラ
ジアル軸受とスラスト軸受を用い、前記回転体の重心位
置が前記ラジアル軸受の概ね中間になるよう構成したこ
とを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】請求項１において、前記回転体の重心位置
を二つのラジアル軸受の間にくるよう構成し、かつこの
重心位置に力が加わった場合二つのラジアル軸受が概ね
同じ変位を発生するよう、各々のラジアル軸受の剛性を
設定したスピンドルモータ。
【請求項３】請求項１または２において、前記モータス
テータを前記ラジアル軸受の内側背面に形成し、前記モ
ータステータと前記マグネットにより形成される磁束中
心位置を前記重心位置に一致させたスピンドルモータ。
【請求項４】請求項１または２において、１.８インチ
以下の磁気ディスクを搭載するスピンドルモータで、モ
ータマグネットをハブ下端に構成したスピンドルモー
タ。
【請求項５】請求項４において、モータステータコイル
及びマグネットを軸方向に対向形としたスピンドルモー
タ。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５のスピンド
ルモータを搭載した磁気ディスク装置。