JP2003009462A - スピンドルモータ - Google Patents
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Abstract
可能で且つ高い回転精度を有すると共に、低コストで製
造可能なスピンドルモータを提供する。 【解決手段】オイルを作動流体として円錐部を有するシ
ャフトとシャフトの円錐部が挿入される円錐状凹部を有
する部材との相対回転を支持する動圧軸受を備えたスピ
ンドルモータである。シャフトの円錐部と、円錐状凹部
との間にはオイルが途切れることなく連続して保持さ
れ、円錐部の外周面と前記円錐状凹部の内周面との間に
動圧軸受部を1つのみ形成される。
Description
ンチの記録ディスクを回転駆動する、薄型で且つ小径な
ディスク駆動用のスピンドルモータに関する。
られてきたハードディスク等の記録ディスク駆動装置に
ついて、通信技術の発達及びデータ量の増大等によって
情報携帯端末等の情報機器への適用が開始されている。
これらの情報機器は、小型・軽量化が促進され、記録デ
ィスク駆動装置に許容される高さ方向の寸法も約2mm
に制約されつつある。
向にあり、近年外径が1インチの超小径ハードディスク
も実用化され、これを回転駆動する記録ディスク駆動用
のスピンドルモータの小型・薄型化並びに回転精度の向
上に対する要求はますます高まりつつある。
られる情報機器の低価格化の傾向から、記録ディスク駆
動用のスピンドルモータに対する低コスト化の要求も一
層高まっている。
記録ディスクが載置されるロータの回転を支持するため
に主に用いられてきたボールベアリングにかわり、例え
ば、特開2001−139971号に開示されるスピン
ドルモータのように、オイル等の流体に動圧を誘起して
軸支持する動圧軸受が用いられるようになってきた。
尚、この特開2001−139971号に開示される従
来のスピンドルモータにおける動圧軸受は、シャフトに
設けられたフランジ状のプレートの外周部にヘリングボ
ーン状の動圧発生溝を形成してラジアル軸受部を構成
し、プレートの上下両面側にもヘリングボーン状の動圧
発生溝を形成して一対のスラスト軸受部を構成してい
る。
態で軸支持することができるため、振動や騒音が小さく
高い回転精度を得やすい。更に、高い軸受剛性を得よう
とすると大径のボールを使用せざるを得なかったボール
ベアリングとは逆に、動圧軸受では流体が保持される間
隙が微小であるほど高い軸受剛性を得やすいことから、
スピンドルモータを小型・薄型化しやすいというメリッ
トを有している。
受では、流体が保持される微小間隙を介して軸受面が相
対回転することから、軸受面の接触を防止し、高い回転
精度を得ようとすると、軸受を構成する部材表面を寸法
並びに面粗度の両面から高精度に加工しなければなら
ず、前記従来のスピンドルモータのように、多くの軸受
部を構成した場合、加工コストを抑制するのは困難であ
り、ボールベアリングを用いた場合に比べて、部品点数
が削減されているにも関わらず、かえってコスト増とな
る。また、スピンドルモータを小型・薄型化した場合、
例えばシャフトの周面等軸受として機能する領域(動圧
の発生に寄与する領域)の確保が困難になるので、軸受
剛性の低下が懸念される。
動装置にも適用可能な、小型・薄型で且つ高い回転精度
を有すると共に、低コストで製造可能なスピンドルモー
タを提供することを目的としている。
に、本発明のスピンドルモータは、断面台形状の円錐部
を有するシャフトと、該円錐部に対応した形状の円錐状
凹部が形成され且つ該シャフトと相対回転自在な部材
と、オイルを作動流体として該シャフトと該部材との相
対回転を支持する動圧軸受とを備えたスピンドルモータ
において、前記オイルは前記円錐部と前記円錐状凹部と
の間に途切れることなく連続して保持されており、前記
動圧軸受は、前記円錐部の外周面と前記円錐状凹部の内
周面との間に1つのみ形成されていることを特徴とする
(請求項1)。
向面間に構成することで、モータにかかるラジアル荷重
とスラスト荷重とを1つの動圧軸受で同時に支持するこ
とが可能となるため、回転精度を損なうことなくスピン
ドルモータを小型・薄型化することが可能となる。
少なくなり、加工コストが低減されるのでスピンドルモ
ータ全体の製造に要するコストも抑制される。加えて、
高精度な加工を要求される面が少なくて済むことから、
工数が削減され、歩留まりが改善される。
成することで、高さ方向の寸法が同一のスピンドルモー
タと比較した場合、動圧軸受における軸受面(この場合
は動圧の発生に寄与する面)の表面積が大となり、高い
軸受剛性を維持することができる。
動圧軸受の発生する動圧と対向する方向に作用し且つ前
記動圧軸受と協働して前記シャフトと前記部材との相対
回転を支持する磁気バイアス手段を有することを特徴と
する(請求項2)。
線方向に対向する方向に作用する磁気バイアス手段を有
することで、動圧軸受を増やすことなく安定した軸支持
が可能となる。
溝としては、スリーブの円錐状凹部の底部側に向かう動
圧を誘起することができるよう、軸線方向にアンバラン
スな形状のヘリングボーン状溝あるいはオイルを所定方
向側にのみ圧送するスパイラル溝とするのが望ましい。
このようなグループパターンとすることで、モータの回
転時にオイルは円錐状凹部の底部側に押圧され、円錐部
の先端部付近のオイル内圧が高まり、軸線方向の支持力
が増大される。
円錐状凹部の開口部は、前記シャフトが挿通される開口
を有する円盤状カバー部材によって閉塞され且つ前記円
錐部の上面と該カバー部材の下面との間には、前記オイ
ルの気液界面が位置していることを特徴とする(請求項
3)。
面とこれを閉塞するカバー部材の下面との間に位置する
よう保持されることで、気液界面は、半径方向外方に凹
んだ状態のメニスカスを形成する。このため、モータの
回転時には遠心力によって気液界面が半径方向外方に向
かって、すなわち動圧軸受が構成される円錐部の外周面
と円錐状凹部の内周面との間に形成される間隙に向かっ
て押圧され、シール機能が向上する。
て成形すれば、コストの増加が抑制される。尚、動圧軸
受でのオイルの増減を考慮し、カバー部材と円錐部との
間に規定される間隙は、半径方向内方側に向かって拡開
するテーパ状の間隙とすることも可能である。
記円錐状凹部の底部の略中央部には、前記オイル内に混
入した異物を捕捉するための凹部が形成されていること
を特徴とする(請求項4)。
時に動圧発生溝の作用で円錐状凹部の底部の略中央部に
集められる。従って、オイル中に混入した異物を捕捉す
るための凹部を斯く配置することで、異物の噛み込みに
よる動圧軸受を構成する軸受面の異常摩耗や損傷あるい
は焼き付きが効果的に防止される。
係るスピンドルモータの実施形態について説明する。
尚、図1は、本発明の第1の実施形態に係るスピンドル
モータの概略構成を模式的に示す断面図であり、図2
は、図1に示すスピンドルモータの変形例の概略構成を
模式的に示す断面図である。また、図3は、本発明の第
2の実施形態に係るスピンドルモータの概略構成を模式
的に示す断面図であり、図4は、図3に示すスピンドル
モータの変形例の概略構成を模式的に示す断面図であ
る。
るスピンドルモータの第1の実施形態並びにその変形例
について説明する。本発明の第1の実施形態に係るスピ
ンドルモータは、固定されたスリーブに対してロータハ
ブ並びにシャフトが回転自在に支持される、いわゆるシ
ャフト回転型の構成を有している。すなわち、本発明の
第1の実施形態に係るスピンドルモータは、ハードディ
スク等の記録ディスク(不図示)をディスク載置部2a
上に保持するロータハブ2と、このロータハブ2ととも
に回転するシャフト4とを備えている。シャフト4に
は、円筒状の軸部4aと、この軸部4aに連続して且つ
軸部4aよりも半径方向外方に突出する、断面形状が略
台形状の円錐部4bが設けられている。この円錐部4b
は、ブラケット6に取付けられた円筒状のスリーブ8に
設けられた、円錐部4bの表面形状に対応する略台形状
の断面形状を有する円錐状凹部8a内に挿入されてい
る。円錐状凹部8aは、ロータハブ2側上端部が開放さ
れており、この円錐状凹部8aの開放端は、軸部4aが
挿通される円形状開口が略中央部に形成された円盤状の
キャップ部材10によって閉塞されている。尚、このキ
ャップ部材10はプレス加工によって成形されている。
には、環状のロータマグネット12が装着されており、
またブラケット6には、このロータマグネット12を外
周側から取り囲むように複数の電機子極が突接設された
ステータ14が取付けられている。ロータマグネット1
2とステータ14との間には、ステータに捲装されたコ
イル14aへの通電に応じて回転磁界が発生し、これに
よりロータハブ2が回転可能となる。
隙が形成されており、この間隙内にはオイルが途切れる
ことなく連続して保持されている。円錐部4bの外周
面、すなわち上面から下面に向かってテーパ状に縮径す
る傾斜面には、中心部が円錐部4bの下端側に偏倚した
形状の軸線方向にアンバランスなヘリングボーン溝16
が円錐部4bの外周面に沿って周方向に形成されてお
り、このヘリングボーン溝16によって、ロータハブ2
並びにシャフト4の回転時に、円錐部4bの外周面との
対向面である、円錐状凹部8aの内周面との間に、円錐
状凹部8aの底面側に作用するオイル動圧が誘起され
る。これにより、動圧軸受部18が構成されている。
対の対向面間に構成されることで、ロータハブ2並びに
シャフト4の回転時にヘリングボーン溝16によるポン
ピングによってオイルには、半径方向の荷重と軸線方向
の荷重のうち軸線方向下方側、すなわちブラケット26
側に作用する荷重とを支持し、ロータハブ22を浮上さ
せるよう作用する成分の動圧が発生される。すなわち、
1つの動圧軸受部18によって従来の動圧軸受における
ラジアル軸受部とスラスト軸受部の両方の機能を担うこ
とが可能となる。尚、図示の実施形態では、円錐部4b
が円錐状凹部8aの底部側に向かって先細りとなるよう
な形状を有する例を示しているが、これとは逆に、円錐
状凹部8aの底部側に向かって外径が漸次増大する形状
とすることも可能である。
生溝は、図示の軸線方向にアンバランスなヘリングボー
ン溝16に代えて、図2において図示されるように、円
錐状凹部8aの底部側にオイルを押し込むよう作用する
スパイラル溝16aとすることも可能である。このよう
に、オイルを円錐状凹部8aの底部側に押し込むこと
で、半径方向の支持力を得ると同時に、円錐部4bの先
端側においてオイル内圧が大となるので、浮上方向に作
用する軸線方向の支持力を十分に発生することが可能と
なる。尚、加工形状に対する自由度の大きさから動圧軸
受部18における動圧発生溝の形成には電解加工を用い
るのが好ましい。
には、ロータハブ2、シャフト4並びにロータハブ2に
保持される記録ディスク等の自重に起因する軸線方向下
方側(ブラケット6側)に作用する荷重と、記録ディス
ク等が回転することに起因する軸線方向上方側(浮上
側)に作用する荷重とが課されており、軸受部ではこれ
ら双方向に作用する軸線方向荷重を支持しなければなら
ない。上記のとおり、軸線方向下方側に作用する荷重に
ついては、動圧軸受部14で発生する浮上方向に作用す
る支持力によって支持している。また、軸線方向上方側
に作用する荷重については、ロータマグネット12の磁
気的中心をステータ14の磁気的中心に対して軸線方向
上方側に幾分変移させることで支持している。すなわ
ち、ロータハブ2は、ロータマグネット12とステータ
14との間で軸線方向下方側に作用する磁気吸引力によ
り磁気バイアスされることとなる。この磁気バイアスに
よる軸線方向下方側への吸引力と動圧軸受部18で発生
する軸線方向上方側に作用する動圧とがバランスするこ
とで、ロータハブ2並びにシャフト4に課された双方向
の軸線方向荷重が支持されることとなる。
との間に1つのみ構成される動圧軸受部18で発生する
動圧とロータマグネット12とステータ14との間に作
用する磁気吸引力によるロータハブ2に対する磁気バイ
アスとによって、ロータハブ2並びにシャフト4の回転
を支持することが可能となるので、高精度な加工が要求
され、生産効率の改善や、低コスト化を妨げる原因とな
ってきた動圧軸受部の数が削減される。
面と円錐状凹部8aの内周面との間、すなわち対向する
一対の傾斜面間に構成されるので、同じ軸線方向寸法を
有する円筒状のシャフトの外周面と円筒状スリーブの内
周面との間に動圧軸受部を構成する場合に比べて、動圧
の発生に寄与する領域の面積が増大するので、より大き
な動圧を得ることができる。従って、スピンドルモータ
の小型・薄型化に対応した場合も、軸支持力の低減を最
小限に留めることが可能となる。
形成された間隙内に、途切れることなく連続して保持さ
れているオイルと空気との気液界面は、キャップ部材1
0の下面と円錐部4bの上面との間に形成される軸線方
向の間隙内において半径方向内方を向く状態で形成され
ている。このように、オイルと空気との気液界面が半径
方向内方を向いた状態で形成されていることで、オイル
は、回転時に遠心力の作用で半径方向外方、すなわち動
圧軸受部18側に押圧されることとなる。このため、シ
ール機能が強化され、オイルの軸受外部への飛散を可及
的に防止することができる。
10の下面を円錐部8bの上面との間に形成される間隙
が半径方向内方に向かうに従って拡大するよう、傾斜面
上に形成しておくことで、この傾斜面と円錐部4bの上
面との間には、円錐部4bと円錐状凹部8aとの間に規
定される間隙よりも間隙寸法が大なテーパ状の間隙が形
成されることとなり、より多くのオイルが保持される。
このテーパ状の間隙内に保持されたオイルは、オイルの
減少に応じて毛細管現象によって動圧軸受部14側に供
給されることとなり、また熱膨張等によってオイルの体
積が増加した場合も、気液界面がよりテーパ状間隙内の
より拡大した間隙側に移動することで、体積の増加分が
吸収可能となる。つまり、より短い半径方向寸法で効率
的にオイルの増減に対応可能な構成とすることができ
る。
錐部4bとの間の間隙が幾分拡大するよう円形凹部8b
が形成されている。ロータハブ2並びにシャフト4の回
転時に、ヘリングボーン溝16のポンピングによってオ
イルが円錐状凹部8aの底部側に押圧されると、オイル
内に混入した円錐部4b又は円錐状凹部8b表面の摩耗
粉等の異物もオイルとともに円錐状凹部8aの底部側に
集められ、やがて円錐状凹部8aの中心部付近に集中す
る。これが凝集して円錐部4bの下面と円錐状凹部8a
の底部との間の間隙の軸線方向寸法以上の大きさになる
と、両部材間に噛み込み、焼き付き等の原因となる。従
って、この異物が集中する箇所に円形凹部8bを形成し
ておくことで、間隙が拡大し異物の噛み込みが防止され
ると同時に、異物が円形凹部8b内に補足されるので、
モータの停止時に再びオイル内に拡散し、さらなる摩耗
を誘発し軸受機能を劣化させるといった不具合の発生が
防止される。
るスピンドルモータの第2の実施形態並びにその変形例
について説明する。尚、図3及び図4において、上記第
1の実施形態のスピンドルモータと同様の構成となる部
分については、同一の図番を付し、その説明は省略す
る。
係るスピンドルモータでは、固定されたシャフトに対し
てロータハブが回転自在に支持される、いわゆるシャフ
ト固定型の構成を有している。すなわち、この第2の実
施形態に係るスピンドルモータでは、シャフト24は、
ブラケット26に設けられた取付孔に固着される円筒状
の軸部24aと、この軸部24aに連続し且つ軸部24
aよりも半径方向外方に突出する、断面形状が略台形状
の円錐部24bが設けられている。この円錐部24b
は、ロータハブ22に設けられた、円錐部24bの表面
形状に対応する略台形状の断面形状を有する円錐状凹部
22b内に挿入されている。円錐状凹部22bは、ブラ
ケット26側下端部が開放されており、この円錐状凹部
22bの開放端は、軸部24aが挿通される円形状開口
が略中央部に形成された円盤状のキャップ部材30によ
って閉塞されている。また、シャフト24に対して相対
回転自在であるロータハブ22は、記録ディスクが載置
されるディスク載置部22aを備える。尚、円錐部24
bの上面の略中央部には、図3おいて破線で示すよう
に、円錐状凹部22bとの間の間隙が幾分拡大するよう
円形凹部24cが形成されている。
は間隙が形成されており、この間隙内にはオイルが途切
れることなく連続して保持されている。円錐部24bの
外周面、すなわち下面から上面に向かってテーパ状に縮
径する傾斜面には、中心部が円錐部24bの上端側に偏
倚した形状の軸線方向にアンバランスなヘリングボーン
溝36が円錐部24bの外周面に沿って周方向に形成さ
れており、このヘリングボーン溝36によって、ロータ
ハブ22の回転時に、円錐部24bの外周面との対向面
である、円錐状凹部22bの内周面との間に、円錐状凹
部22bの閉塞側端部である上端面側に作用するオイル
動圧が誘起される。これにより、動圧軸受部38が構成
されている。尚、動圧軸受部18に形成される動圧発生
溝は、上記第1の実施形態と同様に、軸線方向にアンバ
ランスなヘリングボーン溝36に代えて、図2において
図示されるように、円錐状凹部22bの上端部側にオイ
ルを押し込むよう作用するスパイラル溝とすることも可
能である。
対の対向面間に構成されることで、ロータハブ22の回
転時にヘリングボーン溝36によるポンピングによって
オイルには、半径方向の荷重と軸線方向の荷重のうち軸
線方向下方側、すなわちブラケット26側に作用する荷
重とを支持し、ロータハブ22を浮上させるよう作用す
る成分の動圧が発生される。すなわち、上記第1の実施
形態における場合と同様に、1つの動圧軸受部38によ
って従来の動圧軸受におけるラジアル軸受部とスラスト
軸受部の両方の機能を担うことが可能となる。また、ロ
ータハブ22は、ロータマグネット12とステータ14
との間で軸線方向下方側に作用する磁気吸引力により磁
気バイアスされ、この磁気バイアスによる軸線方向下方
側への吸引力と動圧軸受部38で発生する軸線方向上方
側に作用する動圧とがバランスすることで、ロータハブ
22に課された双方向の軸線方向荷重が支持されること
となる。
部24bが円錐状凹部22bの上端部側に向かって先細
りとなるような形状を有する例を示しているが、これと
は逆に、図4において示すように、シャフト244の軸
部244aに連続して設けられた円錐部244bは、デ
ィスク載置部222aを備えたロータハブ222の円錐
状凹部222bの上端部側に向かって外径が漸次増大す
る形状とすることも可能である。この場合、組立を容易
化するため、スリーブ222は、円錐状凹部222がは
両端開放状となるよう形成しておき、シャフト244の
挿入後、円盤状のキャップ部材によって閉塞する構成と
するのが望ましい。また、円錐部244bと円錐状凹部
222bとの間に連続して保持されるオイルと空気との
気液界面は、円錐状凹部222bの下端部側開口部に一
体に形成され、軸部244aが挿通される円形開口を規
定する半径方向内方突部222cの上面と円錐部244
bの下面との間に形成される。
びにその変形例に係るスピンドルモータにおいても、上
記本発明の第1の実施形態に係るスピンドルモータと同
様の作用効果を奏することが可能となる。
各実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形
態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱するこ
となく種々の変形乃至修正が可能である。
マグネット12とステータ14との磁気的中心を変移さ
せることでロータハブ2、22を磁気バイアスする構成
を例にとり説明したが、これに代えて、ロータマグネッ
ト12とステータ14との磁気的中心は一致させてお
き、ブラケット6のロータマグネット12の下面に対応
する部位に磁性材を配置しておき、軸線方向に作用する
磁気吸引力を発生させロータハブ2を磁気バイアスする
構成とすることも可能である。
発生用溝であるヘリングボーン溝16、36は、円錐部
4b、24b及び244bの外周面と円錐状凹部8a、
22b及び222bの内周面との少なくともいずれか一
方の面に形成されていればよく、いずれの面に形成する
かあるいは両方の面に形成するかについては、部材等の
加工の容易性あるいは支持する負荷等に応じて適宜選択
可能である。
は、回転精度を損なうことなくスピンドルモータを小型
・薄型化することが可能となると同時に、加工コストが
低減されるのでスピンドルモータ全体の製造に要するコ
ストを低減することが可能となる。
は、動圧軸受を増やすことなく安定した軸支持が可能と
なる。
は、シール機能を強化し、軸受外部へのオイルの飛散を
効果的に防止することが可能となる。
は、オイル中に混入した異物に起因する軸受面の異常摩
耗や損傷あるいは焼き付きを効果的に防止することが可
能となる。
ドルモータの概略構成を模式的に示す断面図である。
形態に係るスピンドルモータの変形例の概略構成を模式
的に示す断面図である。
ドルモータの概略構成を模式的に示す断面図である。
形態に係るスピンドルモータの変形例の概略構成を模式
的に示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 断面台形状の円錐部を有するシャフト
と、該円錐部に対応した形状の円錐状凹部が形成され且
つ該シャフトと相対回転自在な部材と、オイルを作動流
体として該シャフトと該部材との相対回転を支持する動
圧軸受とを備えたスピンドルモータにおいて、 前記オイルは前記円錐部と前記円錐状凹部との間に途切
れることなく連続して保持されており、 前記動圧軸受は、前記円錐部の外周面と前記円錐状凹部
の内周面との間に1つのみ形成されていることを特徴と
するスピンドルモータ。 - 【請求項2】 前記動圧軸受の発生する動圧と対向する
方向に作用し且つ前記動圧軸受と協働して前記シャフト
と前記部材との相対回転を支持する磁気バイアス手段を
有することを特徴とする請求項1に記載のスピンドルモ
ータ。 - 【請求項3】 前記円錐状凹部の開口部は、前記シャフ
トが挿通される開口を有する円盤状カバー部材によって
閉塞され且つ前記円錐部の上面と該カバー部材の下面と
の間には、前記オイルの気液界面が位置していることを
特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のスピンド
ルモータ。 - 【請求項4】 前記円錐状凹部の底部の略中央部には、
前記オイル内に混入した異物を捕捉するための凹部が形
成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載のスピンドルモータ。
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