JPH08247137A - スピンドルユニット - Google Patents
スピンドルユニットInfo
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- JPH08247137A JPH08247137A JP7053973A JP5397395A JPH08247137A JP H08247137 A JPH08247137 A JP H08247137A JP 7053973 A JP7053973 A JP 7053973A JP 5397395 A JP5397395 A JP 5397395A JP H08247137 A JPH08247137 A JP H08247137A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract
小型化し、回転精度を向上させる。 【構成】スピンドルユニットは、ハブ1に嵌合したシャ
フト5をハウジング13に内設したすべり軸受2で回転
自在に支持する。すべり軸受2は、その内周面にラジア
ル軸受部2aとその両端部にスラスト軸受部2bを一体
的に成形され、その一端部をハブ1に形成されたボス4
の端面に、他端部をシャフト5の端部の鍔部6と間隙を
もって対向して配置される。間隙の設定は、すべり軸受
2にシャフト5を挿入し、すべり軸受2の他端部に、シ
ャフト鍔部6を内包しシャフト鍔部6の厚みに所定の間
隙をプラスした凹部を有する治具24を当接し、ボス4
の端面がすべり軸受2の一端部に接触するまでボス4の
孔をシャフト5に圧入し、その後治具24を取外す。
Description
ィスク装置,レーザビーム用ポリゴンミラーおよびVT
R用シリンダモータ等のスピンドルユニットに係り、特
に、スピンドルを小型,高精度に回転させるための軸受
装置に関する。
い、磁気デイスク装置や光デイスク装置の小型化と高速
化が進展している。特に磁気デイスク装置では、記録の
高密度化により小型大容量化が進められており、これに
伴って記録媒体である磁気ディスクを定速回転させるス
ピンドルユニットの高性能化とコンパクト化が必要にな
っている。
では、一般に玉軸受で支持されているが、スピンドルが
高速化されると、玉軸受方式では回転数に同期しない非
同期振動が増加するので、トラックピッチを小さくする
ことができず、記録の高密度化に限界があった。このた
め、今後の高速回転スピンドルでは、油膜を介して支持
するすべり軸受方式を採用せざるを得ない状況になって
いる。
る場合は、半径方向及び軸方向の位置決めをするととも
に、振動を防止するための手段が必要であり、それぞれ
に対応したラジアル及びスラスト軸受が配置される。そ
して、流体潤滑であるため潤滑剤を軸受部に維持するこ
とと、磁気ディスクのコンタミを防止する目的からシー
ル装置が不可欠の構成要素となる。
て特開昭61−201916号公報には、半径,軸方向の振動を
防止するための手段として、回転軸とこの回転軸を回転
自在に支持するように軸方向及び円周方向に間隙を設け
た円筒状のハウジングと、この間隙部に磁性流体を封入
し、磁性流体の外部への漏出を防止するためシール装置
を両端部に備えるとともに、回転軸の表面及びこの回転
軸の両端面に対向するステップ状の動圧溝をもつ軸受力
発生部材を備え、回転による動圧作用によって、振動を
抑制して回転精度を安定的に維持する方法が開示されて
いる。
従来技術では、軸受力発生用溝の動圧効果によって油膜
の剛性を高め回転精度の向上を図るものであるが、軸受
力発生部材が軸受部とは別体配置と成るため、適正な寸
法の精度管理が困難で、動圧力のバランスが崩れると逆
に振動を増幅してしまう恐れがあった。また、単にステ
ップ状の溝では動圧が小さく、スピンドルが垂直方向に
配置される場合には不十分となる場合があった。
てくると、スピンドルユニットで最も問題になるのが軸
受部の寸法精度の管理である。中でも、スラスト軸受部
の間隙寸法は、直接的に軸受の剛性や損失に大きく影響
するため、加工機械の公差精度に頼って必要な寸法精度
を確保しているのが現状である。しかし、より高い機械
精度が必要とされるにつれ、加工に特別な装置や手数あ
るいは技術が必要となって、コスト高になるとともに量
産性を低下させている。
気ディスクの薄板化とともにディスク間隔も大幅に縮小
されるので、機械加工あるいは読み違いの誤差等によっ
て、軸受の間隙を過大に設定すると、振動の増幅あるい
は外乱などによる衝撃によって、上下の磁気ディスク上
にセットされた相互の磁気ヘッドが接触,衝突して情報
のリード,ライト不良を生じ、ついにはヘッド破壊など
のトラブルに発展する。
性を上げる方法も提案されている。しかし、成形加工は
軸方向の寸法精度管理が難しく、スラスト軸受の適正な
間隙の確保あるいはスピンドルの位置決めが隘路となっ
ている。
速化に伴い、磁性流体のシールにも依然問題が残されて
いる。
し、小型化に対応した必要な回転精度または潤滑性能を
確保できるスピンドルユニットを提供することにある。
必要な回転精度を確保できるスピンドルユニットと、そ
の量産性に優れた製造方法を提供することにある。
ッドの接触が防止でき、コンパクト化と記録の高密度化
とが可能な磁気ディスク装置を提供することにある。
成するため、ハブに嵌合したシャフトをハウジングに内
設したすべり軸受で回転自在に支持し、前記ハウジング
の外周に固設したステータと前記ステータに対向して前
記ハブの内面に固設したロータマグネットによりモータ
を形成し、前記モータにより前記ハブを回転駆動するス
ピンドルモータで、前記すべり軸受の一端部を前記ハブ
に形成されたボス端面に、かつ他端部を前記シャフト端
部に形成された鍔部と所定の間隙をもって対向して配置
し、それぞれの対向面の一方側に動圧溝を設けてスラス
ト軸受部とし、前記すべり軸受部に潤滑剤を密封する。
ブに嵌合したシャフトをハウジングに内設したすべり軸
受で回転自在に支持し、前記ハウジングの外周に固設し
たステータと前記ステータに対向して前記ハブの内面に
固設したロータマグネットによりモータを形成し、前記
モータにより前記ハブを回転駆動するスピンドルモータ
の製造方法で、前記すべり軸受は、内周面にラジアル軸
受部と両端部にスラスト軸受部を一体的に成形され、そ
の成形された一端部を前記ハブに形成されたボス端面
に、かつ他端部を前記シャフト端部に形成された鍔部と
対向して配置するとともに、前記所定の間隙を、他端部
に前記シャフト鍔部を内包し、かつ前記シャフト鍔部の
厚みに前記所定の間隙と同等の値をプラスした凹部を有
する治具の先端部を当接し、前記ボス端面が前記一端部
に接触する位置まで、前記シャフトを前記ハブのボス孔
に圧入して位置決めし、前記シャフト鍔端部とすべり軸
受の他端部間に、前記所定厚みに相当する間隙を設定す
る。
ブに嵌合したシャフトをハウジングに内設したすべり軸
受で回転自在に支持し、前記ハウジングの外周に固設し
たステータと前記ステータに対向して前記ハブの内面に
固設したロータマグネットによりモータを形成し、前記
モータにより前記ハブを回転駆動するスピンドルモータ
で、前記すべり軸受の一端部を前記ハブに形成されたボ
ス端面に、かつ他端部を前記シャフト端部に形成された
鍔部と所定の間隙をもって対向して配置し、さらに前記
ボス外周面にねじシールを設けると共に、前記ボスの外
周面に対向して前記ハウジングの一端部に磁性流体シー
ルを配置し、また前記ハウジングの他端部に固定された
キヤップとで構成された空間部に磁性流体を封入する。
軸受部に円弧状,スラスト軸受部にテーパランド状の動
圧溝を設け、回転による動圧作用で圧力油膜を発生させ
スピンドルを支持するため、振動を抑制し回転精度を高
める。
たテーパランド状溝なので、軸受を圧入する際、方向性
がなくなるため量産性を向上できる。
フトの圧入に際して、スラスト軸受の間隙に相当する凹
部を有する治具で位置決めしているので、数ミクロン以
下の間隙が容易にかつ確実に設定できる。このため、ス
ピンドルユニットのコンパクト化が実現できると共に、
ラジアル,スラスト軸受部の一体成形が可能になって、
量産性を向上できる。
流体シールとその内部にねじシールを設け、静止時は磁
性流体シールの磁気回路でシールし、回転中は磁性流体
シールとねじシールの動圧効果による相乗作用でシール
するので、小型化と高速化の中でも磁性流体の漏れを確
実に防止できる。
明のスピンドルユニットで磁気ディスクを支持するの
で、必要な小型化と回転精度が確保でき、またディスク
やヘッドの損傷を防止でき、記録密度も向上できる。
3を用いて説明する。図1は本発明による磁気ディスク
装置用スピンドルユニットの縦断面図である。図2は焼
結すべり軸受の斜視図である。図3はすべり軸受の軸方
向の間隙設定時の状態を示す断面図である。
1のボス4部にシャフト5が圧入固定されている。ハブ
1の内側に配置されるハウジング13の内周側にはすべ
り軸受2が取付けられている。すべり軸受2のラジアル
軸受2aは、シャフト5と所定の間隙を介してハブ1を
回転自在に支持している。
13の外周部にはステータ7が取付られ、ハブ1のこれ
に対向する内周面にはロータマグネット8が固着され、
ロータマグネット8とステータ7はモータ9を構成して
ハブ1を回転駆動させる。
成されたボス4端面に、他端部はシャフト5の端部に形
成された鍔部6と僅かの間隙を介して対向して配置され
ており、ハブ1の軸方向の位置決めをするとともに、ハ
ブ1及び磁気ディスク21などの重量を支持するスラス
ト軸受2bを構成している。磁気ディスク21はスペー
サ23を介してクランプ22により締結される。
びシャフト5の3個のパーツのみで構成し、部品数を最
小限にとどめシンプル化している。
D/1000(D:軸径)の範囲内に、またスラスト軸
受の場合は動圧発生用溝の深さとほぼ同程度で、数十ミ
クロン以下の精度に設定される。
bを配置した空間部には潤滑剤として磁性流体11が封
入されている。シャフト5の下方部にはキャップ12が
設けられ、ハウジング13の他端部にねじあるいは接着
剤等によって固定されており、磁性流体11の外部への
洩れを防止している。
流体シール10が設けられ、ハブ1のボス4外周部との
間に磁気回路を形成し、これによって内部に封入された
磁性流体11はキャップ12,磁性流体シール10によ
って保持され、シールと潤滑作用に共用される。また、
シャフト5にはラジアル軸受2aの内周面に対向して油
室14が設けられている。
べり軸受2は、安価な焼結粉末合金あるいはプラスチッ
ク系の材料を使用して、型で円筒状に成形すると共に、
その内周面及び両端面に、それぞれ回転によって動圧作
用を発揮するような動圧溝を成形して、ラジアル軸受2
aとスラスト軸受2bを一体形成している。この動圧溝
は、ラジアル軸受2aに非対称3円弧溝15,スラスト
軸受2bには可逆回転に対応するように給油溝17b間
にランド部20を頂点として、テーパ状18及び逆テー
パ状19に形成する。これらの溝は型成形によって容易
に形成できるが、溝を成形する際、まずスラスト軸受2
b部のテーパランドをパンチで形成し、軸受2をハウジ
ング13に圧入した後に、ラジアル軸受2a部に非対称
3円弧溝15を形成する。このため、片側のテーパ溝で
は回転に対する方向性をもつことになり、軸受2をハウ
ジング13に圧入する際、1個毎に方向性を確認する必
要があるが、テーパ状18及び逆テーパ状19に形成す
ることにより方向性がなくなるため、軸受2の圧入作業
の自動化が容易となり量産性が向上する。
形成し、軸受2をハウジング13に圧入する際の基準に
している。
ジング法によって高精度に仕上ることが可能であり、ラ
ジアル軸受2aの寸法公差を数ミクロン以下にすること
ができる。
の精度を得ることは不可能であり、スラスト軸受2bの
間隙の調整方法が問題になる。
時に位置決め用の治具24を用いることで、軸方向の寸
法精度に関係なく間隙を一定に設定する。
ついて、(a)圧入前、(b)圧入後、(c)完成状態
を示す断面図である。
ジング13に固定した軸受2にシャフト5を挿入すると
共に、軸受2の端部にシャフト鍔部6を内包するような
凹部25を設けた治具24を装着する。この治具24の
外径は、ハウジング13の内径に案内され、かつ凹部2
5の深さ寸法は、鍔部6の厚みにスラスト軸受2bの軸
方向間隙(e)をプラスした値に加工される。
4孔部をあてがい、ハブ1の上端面の当て板26を介し
て、ボス4の端部とスラスト軸受2bの一端部が接触す
るまで圧入する。この際、上下の中心がずれないよう
に、治具24の外径をハウジング13の内径に嵌合する
とともに、上部の当て板26の中心を押圧する。これに
よって、ハブ1が位置決めされて、(b)の状態とな
る。
キヤップ12を固定すれば完成状態(c)となる。組立
時の軸方向間隙(e)はスラスト軸受2bの上下の間隙
をプラスした値に設定される。
ットを、磁気ディスク装置に適用すれば、すべり軸受2
の間隙を確実に管理できるので、振動や衝撃等による磁
気ディスクとヘッドの接触や衝突を防止でき、情報のリ
ード,ライト不良あるいは磁気ヘッド破壊などのトラブ
ルが無くなる。
プラスチック材料によって型成形し、ラジアル、スラス
ト軸受を一体化できるため、部品数を少なくするととも
に、量産性が良くしかも寸法精度の高い位置決めができ
る。
用スピンドルユニットの動作作用について説明する。ス
テータ7のコイルに通電すると、ロータマグネット8は
回転力を受け、磁気ディスク21を装着したハブ1、及
びシャフト5が回転する。
れており、シャフト5の回転による動圧効果によって、
ラジアル軸受2a、及びスラスト軸受2bの摺動面には
油膜が形成される。この油膜の発生状態を図4、及び図
5により説明する。図4はすべり軸受2の平面図、図5
は図4のA−A断面図である。
転方向に対し非対称形3円弧溝15、またスラスト軸受
2bにはランド部20を頂点として、回転方向に対しテ
ーパ溝18及び逆テーパ溝19がそれぞれ形成されると
ともに、これらの溝は給油溝17a,17b及び切欠溝
16を介して油室14に連通している。このためシャフ
ト5が矢印の如く回転すると、ラジアル軸受2aに形成
された非対称3円弧溝15は回転方向に、次第に狭くな
る流路となるので、この部に流入した磁性流体11は昇
圧し、円弧溝数に対応した油膜圧力分布P1 が発生す
る。この圧力分布P1 は内周の120度間隔にピークを
生じるが、軸受2の中心がずれるとギャップの狭い部分
の圧力が高くなって、中心位置に押し戻すように作用す
るので、回転中心のバランスが維持される。尚、磁性流
体11は給油溝17a,17bを介して、油室14から
順次給油されるので油膜圧力分布を安定に維持できる。
8,逆テーパ溝19とランド部20からなるテーパラン
ド溝が、軸受2の両端面に対称的に形成されている。
ブ1のボス4端面と接触しているが、回転とともに浮上
して油膜を形成する。正逆いずれの回転でも、動圧作用
によって図5に示すように、回転方向(A,B)に対応
した油膜圧力分布P2,P3が形成されシャフト5を支持
する。
成形されるため、ほぼ同様の油膜圧力分布となる。しか
し、油膜の厚みは数ミクロン程度であり、スラスト軸受
2bに対向して配置されるボス4端面およびシャフト鍔
部6の直角度の精度が、正常な油膜を形成するための重
要なポイントとなる。
は図3で説明したように治具24を用い、シャフト5と
ボス4の嵌合部長さ寸法を適正化し、またシャフト鍔部
6の精度をシャフト5と一体加工することによって、数
ミクロン以下の精度が得られることを確認している。
スラスト軸受2bとの動圧油膜により回転系が支持され
るため、スピンドルユニットの縦,横姿勢に関わらずど
のような姿勢でも安定した回転を維持できる。また、ス
ラスト軸受2bが両端面に設けられていることにより、
モーメント荷重を高めることができるので、シャフト5
の倒れに対しても強い構造になっている。
れた磁性流体11は、一方をキヤップ12で完全に密閉
し、他方は磁性流体シール10装置によって、非接触で
シールされるように構成してハウジング13の内部に保
持される。
スト軸受2bの平面図である。
スト軸受2bの形状に関わり、テーパランドのランド部
をスラスト面の内周27、及び外周27′にも拡大し設
けたことを特徴とする。このため、回転による動圧作用
によって、給油溝17bからテーパ溝18部に導入され
た磁性流体11は、内,外周のランド27,27′部で
堰止められるため昇圧効果が向上して、油膜圧力分布が
改善され軸受剛性を高める。
ンドルユニットの断面図で、図8は図7におけるシール
装置の部分断面図である。第一実施例との構造上の相違
点は、ハウジング13の一端部に配置されたことにあ
る。
ピース29,29′と軸方向にN,S極と着磁したマグ
ネット30で構成される磁性流体シール10を配置する
と共に、ボス4外周面にねじシール28を設ける。この
ねじシール28はシャフト5の回転によって、流体を矢
印の如く軸受2の内側に押し込むように構成される。
のポールピース29の内側に設ける。
磁性流体11は、ポールピース29,29′とマグネッ
ト30および磁性材のボス4とで形成される磁気回路に
よって、ボス4の端部でシールされる。一方、回転中の
磁性流体11には遠心力が作用するが、ボス4の外周面
に設けられたねじシール28の動圧作用によって内部に
押し戻す効果と、磁性流体シール10との相乗作用でシ
ール性能が向上し、外部に洩れて磁気ディスク21を汚
染することはない。
トを磁気ディスク装置に適用した場合について説明した
が、光ディスク装置やレーザビーム用ポリゴンミラーお
よびVTRシリンダモータなどに用いても同様の作用,
効果を得ることができる。
ジアル軸受部に円弧状,スラスト軸受部にテーパランド
状の動圧溝を設け、回転による動圧作用で圧力油膜を発
生させスピンドルを支持するため、振動を抑制し回転精
度が高まる。
たテーパランド状溝なので、軸受を圧入する際、上下の
方向性がなくなるため量産性を向上できる。
フトの圧入に際して、スラスト軸受の間隙に相当する凹
部を有する治具で位置決めしているので、数ミクロン以
下の間隙が容易にかつ確実に設定できる。このため、ス
ピンドルユニットのコンパクト化が実現できると共に、
ラジアル,スラスト軸受部の一体成形が可能になって、
量産性を向上できる。
流体シールとその内部にねじシールを設け、静止時は磁
性流体シールの磁気回路でシールし、回転中は磁性流体
シールとねじシールの動圧効果による相乗作用でシール
するので、小型化と高速化の中でも磁性流体の漏れを確
実に防止できる。
明のスピンドルユニットで磁気ディスクを支持するの
で、必要な小型化と回転精度が確保でき、またディスク
やヘッドの損傷を防止でき、記録密度も向上できる。
トの縦断面図。
示す断面図。
円弧状溝による動圧分布の説明図。
パランド溝による動圧分布の説明図。
面図。
…スラスト軸受、3…ベースプレート、4…ボス、5…
シャフト、6…シャフト鍔部、12…キヤップ、13…
ハウジング、24…治具、25…凹部。
Claims (7)
- 【請求項1】ハブに嵌合したシャフトをハウジングに内
設したすべり軸受で回転自在に支持し、前記ハウジング
の外周に固設したステータと前記ステータに対向して前
記ハブの内面に固設したロータマグネットによりモータ
を形成し、前記モータにより前記ハブを回転駆動するス
ピンドルユニットにおいて、前記すべり軸受の一端部を
前記ハブに形成されたボス端面に、他端部を前記シャフ
トの片端部に形成された鍔部と所定の間隙をもって対向
して配置し、それぞれの対向面の一方側に動圧溝を設け
てスラスト軸受を構成し、前記すべり軸受部に潤滑剤を
封入したことを特徴とするスピンドルユニット。 - 【請求項2】請求項1において、前記すべり軸受部を前
記軸受,前記ハブおよび前記シャフトの3個のパーツの
みで構成したスピンドルユニット。 - 【請求項3】請求項1において、前記すべり軸受の内周
面の軸方向及び両端面の半径方向に複数の油溝を設け、
前記軸方向と半径方向の油溝を連通するように形成し、
前記動圧溝は前記油溝を起点として成形したスピンドル
ユニット。 - 【請求項4】請求項1または2において、前記スラスト
軸受の動圧溝は、可逆回転に対応するようにランド部を
頂点として、回転方向にテーパ及び逆テーパ状をなし、
前記油溝間に設けたスピンドルユニット。 - 【請求項5】請求項3において、前記スラスト軸受のテ
ーパランド状溝のランド部は、テーパ及び逆テーパ状の
溝を囲むように内周,外周に設けたスピンドルユニッ
ト。 - 【請求項6】請求項1において、前記ハブのボス外周面
にねじシールを設け、前記ボスの外周面に対向して前記
ハウジングの一端部に磁性流体シールを配置し、前記ハ
ウジングの他端部に固定されたキヤップとで空間部を形
成し、前記空間部に潤滑剤として磁性流体を封入したス
ピンドルユニット。 - 【請求項7】請求項1において、前記所定の間隙は、前
記すべり軸受に前記シャフトを挿入し、前記すべり軸受
の前記他端部に前記シャフト鍔部を内包し、かつ前記シ
ャフト鍔部の厚みに前記所定の間隙と同等の値をプラス
した凹部を有する治具の先端部を当接して、前記ボス端
部が前記すべり軸受の一端部に接触する位置まで、前記
ハブを圧入して設定したスピンドルユニット。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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