JP2000257632A - ディスク駆動装置の軸受け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性流体による動圧軸受けを構成して、ロー
ター軸が短くても、ラジアル方向、スラスト方向ともに
安定して支持し、ローター軸の揺れを効果的に抑制する
ことができ、また、磁性流体を動圧空間に封じる磁気回
路の乱れを無くした軸受け構造の提供。 【解決手段】 円盤形ローター１８のローター軸２０
を、磁性流体による動圧軸受けによって、スラスト方
向、ラジアル方向に支持する。磁性流体を封じる磁気回
路が円盤形ローター１８の箇所で乱れないように、円盤
形ローター１８の中央部分１８ａを非磁性体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カード型磁気記
録装置のディスク駆動モーター等のように、全体として
円盤形であって、ローター軸の軸方向寸法を大きくとる
ことができないモーターに好適な軸受け構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、記録媒体としてディスクを利用
するカード型磁気記録装置は、ディスクを回転するため
のモーターを必要とするが、PCMCIA規格タイプ２に準拠
した寸法のカード型磁気記録装置はケース外形の厚さが
わずかに５．０ｍｍであって、この寸法内にモーターを
組み込まねばならない。そのため、モーターは全体とし
て薄く円盤形となり、ローター軸の軸方向寸法はわずか
に２．５ｍｍ程度である。しかもこの種のモーターは回
転がなめらかで回転抵抗の少ないこと、軸の揺れなどが
なく回転が安定していることが要求される。

【０００３】ボール軸受け等のころがり軸受けを組み込
むのは寸法上で困難が多く、また、ボール軸受けの場
合、回転中に直径方向で０．３〜０．８μｍの回転軸の
振れがある。磁性流体（微粉末状の磁石を油などの流体
に混入したもの）を作動流体とする動圧軸受けの場合、
軸の回転にともなう軸受け空間の圧の高まりで軸を浮き
上がらせて支持するので、回転軸の摩擦抵抗が少なく、
耐久性があり、また、回転軸の振れは０．０１〜０．０
５μｍと精度が高く、さらに、モーターの起動特性が良
好である。ところで、一般的な動圧軸受は、回転軸の軸
方向に沿う力を受けるスラスト軸受部と、周方向に沿う
力を受けるラジアル軸受部とが別途に設けられており、
また、回転軸の揺れを防ぐためにラジアル軸受け部を軸
方向の２箇所に配置しているが（例えば、実開昭６４−
１８６２５号公報、特開平１０−９６４２１号公報）、
回転軸が短いと製作が困難でコスト高となる上、２カ所
の支持点が近接するので軸の揺れを十分に抑止しがた
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、ローター
軸が短くても、ラジアル方向、スラスト方向ともに安定
して支持することができ、また、ローター軸の揺れを効
果的に抑制することができるディスク駆動モーターの軸
受け構造の提供を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】環状フランジを一体に備
えたローター軸とこれを軸支する軸受け部材とで動圧に
よる軸受け構造を構成する。ローター軸と軸受け部材間
の動圧空間に充填する流体は磁性流体とする。ローター
軸は磁性材であり、非磁性材の環状フランジを一体に取
り付けてある。環状フランジと軸受け部材との間で実質
的な動圧軸受けを構成する。すなわち、環状フランジと
これを取り囲む軸受け部材間の動圧空間に充填した磁性
流体によってローター軸のスラスト方向荷重とラジアル
方向荷重を支持する。

【０００６】この構造は、ローター軸を実質的に環状フ
ランジで支持することになるが、環状フランジはロータ
ー軸の長さとは無関係にその上下面を比較的径の大きな
ものとすることができる。そして、ローター軸の軸方向
と直交する方向に広がる環状フランジの径が大きく上下
面が大きいと、ローター軸をスラスト方向で安定して支
持することができる上、わずかな力でローター軸の揺れ
を抑制することができる。従って、ラジアル方向でも支
持が安定する。また、環状フランジの上下面で軸の揺れ
が効果的に抑制される結果、ラジアル方向の支持面はわ
ずかでよく、２カ所に支持部を設ける必要がない。結果
として、ローター軸を短くすることができる。

【０００７】動圧軸受けは作動流体として磁性流体を用
いたものとし、磁性流体を磁力で動圧空間に封入してお
くために、厚み方向に着磁し環状に配列した磁石（以
下、環状磁石という）を用いる。すなわち、環状フラン
ジの外周面から上下面を取り巻く磁気回路を形成する。
このため、ローター軸を磁性材とし、環状フランジは非
磁性材で構成する。一方、環状磁石の磁力線をローター
軸へ能率よく導くために環状磁石の上下面にヨーク体を
取り付ける。この構成は動圧空間の作動流体を磁力と遠
心力で強力に封入する

【０００８】ローター軸には円盤部材を取り付け、ロー
ター軸の環状フランジをできるだけ円盤部材に近づけて
取り付けることによりローター軸を短くする。この結
果、環状磁石及び上ヨーク体は円盤部材の下面に近接す
るので、環状磁石からローター軸にわたる磁気回路が円
盤部材の素材によって乱されないように、円盤部材の環
状磁石と上ヨーク体に対応する中央部分を非磁性材で構
成する。ただし、円盤部材の外縁部分はステーター側と
回転のための磁気回路を形成する必要があるので、磁性
材で構成する。

【０００９】非磁性材としては合成樹脂や真鍮、非磁性
のステンレスなどがあるが、外縁部分と同じ熱膨張の素
材であることが好ましい。軸受け部材の一つである環状
磁石はその厚みを環状フランジの厚みより、上下の動圧
空間分だけ大きく構成すると、平板の素材から単に打ち
抜いただけの上下ヨーク体を環状磁石に重ねるだけで、
環状フランジとの間に適正な動圧空間を形成することが
できる。環状磁石は内周面を直接に磁性流体と接触する
面としてもよいし、内面に真鍮や合成樹脂など動圧溝を
形成しやすい素材の部品を配置してもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態として、
カード型磁気記録装置１（図２）におけるディスク駆動
モーター２の軸受け構造３（図１）について説明する。
なお、説明の都合上、矩形をしたカード型磁気記録装置
１を情報機器に装着する姿勢としたときの差込方向の先
端側を〔前〕、後端を〔後〕とし、厚み方向を〔上〕
〔下〕方向とする。上下左右あるいは前後はあくまでも
相対的な位置関係を示すもので、上下が前後となること
もある。

【００１１】カード型磁気記録装置１は、ケース体４と
上下のカバー５，６を備え、ケース体４は枠７とフレー
ムプレート８（図４）とで構成されている。枠７とフレ
ームプレート８は合成樹脂の枠７が成形されるとき一体
化される（アウトサート成形）。ケース体４のフレーム
プレート８上面にはディスク駆動モーター２、ヘッド体
９、イジェクト機構１０などが配置され、下面側には、
絶縁シート１１を介して回路基板１２が取り付けられ
る。符号１３は回路基板１２の前端に取り付けた外部コ
ネクタで、カード形磁気記録装置１を他の情報機器のス
ロットへ装着し接続するためのものである。なお、回路
基板１２の後端は開口していて、ディスクカセット１４
を脱着できるようになっている。この開口は下カバー６
の後端に取り付けたシャッター１５で閉鎖される。シャ
ッター１５は起倒自在であり、立ち上がる方向へ常時付
勢されていてディスクカセット１４が差し込まれること
によってケース体４の内側に倒れ、開口を開く。ディス
クカセット１４は、内部にディスク形記録媒体１６を回
転が可能なように内包しており、カード形磁気記録装置
１へ装着するとディスク記録媒体１６がヘッド体９のヘ
ッドと対向するようにになっている。

【００１２】ディスク駆動モーター２は、ディスク記録
媒体１６を駆動回転するためのもので、厚さ２．５ｍｍ
の円盤形のステーター１７（図３）と円盤形のローター
１８及び軸受け部材１９を備え、円盤形ローター１８は
円盤部材２６とローター軸２０及びこの実施形態におい
て環状フランジ２７を有している（図３）。ローター軸
２０は短く、従って、ディスク駆動モーター２は全体と
して平らな円盤形であり、フレームプレート8上面のモ
ーター取り付け凹部２１（図４）に取り付けられる。

【００１３】円盤形ステーター１７は、中央に円盤形ロ
ーター１８を納める開口部２２を設けた磁性材のリング
状枠２３に、ステーターコイル２４を放射状に配置した
構造であり、円盤形ローター１８の円盤部材２６は、外
周の下面に前記のステーターコイル２４と対向して回転
力を得るためのローター磁石２５を備えている。なお、
この実施形態において、円盤部材２６は中央部分１８ａ
を非磁性のステンレス材（ＳＵＳ３０３）で形成し、外
縁部分１８ｂを磁性を有するステンレス材（ＳＵＳ４１
６）で形成している。符号２８は円盤部材２６の上面に
取り付けたリング磁石で、カートリッジ１４が差し込ま
れたときディスク形記録媒体１６の金属製ハブを引きつ
けて回転力を伝達する。

【００１４】ローター軸２０は磁性材で構成され、環状
フランジ２７は非磁性の材料（例えば、真鍮）で構成さ
れ、ローター軸２０に環状フランジ２７を一体に固定し
てある。軸受け部材１９は、環状磁石２９と上ヨーク体
３０及び下ヨーク体３１を備える。これらはフレームプ
レート８のモーター軸取付け孔３２（図４）に固定さ
れ、環状フランジ２７を備えたローター軸２０を回転自
在に軸支する。環状磁石２９は希土類焼結磁石で形成さ
れている。環状磁石２９は、厚み方向に着磁され、環形
の内側面がローター軸２０における環状フランジ２７の
外形よりも４〜５μｍ大きな径となるように研磨などに
よって正確に成形され、また、厚み寸法が環状フランジ
２７の厚み寸法よりも４〜５μｍ大きくなるように研磨
などによって正確に成形されている。上ヨーク体３０は
磁性体の板材をリング状に打ち抜いて形成したもので、
環状磁石２９の上面に取り付けられて内縁が環状磁石２
９の内縁よりも内側に張り出す寸法とされている。下ヨ
ーク体３１は円盤形で環状磁石２９の下面に取り付けら
れている。

【００１５】環状フランジ２７を備えたローター軸２０
と軸受け部材１９は、下ヨーク体３１に環状磁石２９を
接着によって固定した後、ローター軸２０を上方から載
置し、さらにその上方から上ヨーク体３０を装着してこ
れを環状磁石２９の上面に接着し固定することで組み付
ける（図５）。組み付け後の状態で、上ヨーク体３０の
内縁は環状フランジ２７の上面にまで延出している。環
状フランジ２７の上下面と上下ヨーク体３０，３１との
間、及び環状フランジ２７の外周面と環状磁石２９の内
周面との間に間隔が４〜５μｍの動圧空間が連続して形
成される。また、環状磁石２９とその上面に取り付けた
上ヨーク３０は円盤部材２６の下面にできるだけ近接し
て取り付け、ローター軸２０を短く構成している。環状
磁石２９と上ヨーク３０は円盤部材２６の中央部分１８
ａと対応し、この部分は前記のように非磁性材で構成さ
れている。

【００１６】この状態で、軸受け部材１９の上部から、
ローター軸２０と上ヨーク３０における内周面の間隙を
通じて磁性流体を圧入すると同時に、下ヨーク３１に一
時的に設けた小孔から吸引して、磁性流体を動圧空間に
充填する。充填後に吸引に用いた小孔を半田などで封鎖
し、ローター軸２０に円盤部材２６を取り付ける。この
結果、厚み方向に着磁された環状磁石２９の磁力線は、
断面において上ヨーク３０、ローター軸２０及び下ヨー
ク３１を経路とする磁気回路が形成され、この回路は、
環状フランジ２７と軸受け部材１９間の動圧空間を内側
に包み込む格好となる（図５）。即ち、環状フランジ２
７の上下面と上下ヨーク体３０，３１との間が、磁性流
体を磁力により封じたスラスト軸受部３３となり、ま
た、環状フランジ２７の外周面と環状磁石２９の内周面
側との間が、磁性流体を磁力により封じたラジアル軸受
部３４となって、動圧軸受けが構成される。

【００１７】ステーター１７に電力が供給されると円盤
形ローター１８は回転を始め、動圧空間の流体圧が高ま
って環状フランジ２７を備えたローター軸２０は軸受け
部材１９に対して浮上した状態で回転する。回転は部材
同士の接触なしに行われるから、なめらかであり、耐久
性も高い。また、この実施形態において、ローター軸２
０は広い面積を持った環状フランジ２７の上下面でスラ
ストが支持されると同時にローター軸２０の揺れが効率
的に抑止されるので、軸方向の寸法が小さいにも関わら
ず、円盤形ローター１８は安定して回転する。さらに、
環状磁石２９及び上ヨーク３０に近接した円盤部材２６
の中央部分１８ａは非磁性材で構成されているので、動
圧空間を内側に包み込む磁気回路が円盤部材２６の下面
側で乱されることが無く、環状磁石２９の磁力を動圧軸
受けのために有効に利用することができる。

【００１８】円盤部材２６の中央部分１８ａは外縁部分
１８ｂの磁性材に対して、合成樹脂や真鍮などの非磁性
材で構成してもよい。ただし、熱膨張の差による接合部
のずれ対策や表面処理を個別に行う必要があるなどの手
間を考慮すると、同種の素材でありながら、磁性と非磁
性となるステンレスが好適である。スラスト軸受け部３
３を構成する環状フランジ２７の上下面や上下のヨーク
３０，３１の内面、あるいは環状フランジ２７の外周面
や環状磁石２９の内面には、ヘリングボーンと呼ばれる
動圧用溝を形成して動圧を向上させることができる。環
状磁石２９は素材的に硬いので、ヘリングボーンの加工
が困難な場合は、環状磁石２９の内側に非磁性材のリン
グをはめ込んでこのリングに加工を施す。

【００１９】以上、実施例について説明したが、 ディ
スク形モーターはカード型磁気記録装置に採用されるも
のに限らない。磁性材としては、他に、ＳＵＳ４３０，
軟鋼等があり、非磁性材としては、ＳＵＳ３３０，リン
青銅等がある。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に記載の構成は次の効果を発揮
する。円盤形ローターのローター軸を、磁性流体を磁力
で封じた動圧軸受けで支持しているので、円盤形ロータ
ーの回転がなめらかであり、また、軸受け構造として耐
久性がある。円盤形ローターにおける円盤部材の中央部
分を非磁性材としているので、環状磁石が円盤部材に近
接しても磁性流体を動圧空間に封じる磁気回路が乱され
ず、環状磁石の磁力を無駄なく有効に利用することがで
き、また、ローター軸を短くすることができる。

【００２１】請求項２に記載の構成によれば、円盤形ロ
ーターにおける円盤部材の外縁部分は磁性材で構成して
いるので、この部分に取り付けた磁石とステータ側との
磁気作用の効率が良く、円盤形ローターの回転トルクが
大きい。請求項３に記載の構成によれば、円盤部材の非
磁性とすべき中央部分と磁性とすべき外縁部分を同種の
素材である非磁性のステンレスと磁性のステンレスで構
成するので、中央部分と外縁部分で熱膨張などによる位
置ずれなどが生じにくく、また、必要に応じて行う表面
処理なども共通に行え、作業能率を向上し、また、製品
コストを低減することができる。

【００２２】請求項４に記載の構成は次の効果を発揮す
る。ローター軸は軸体に設けた環状フランジの上下面で
スラスト方向が、また、外周面でラジアル方向が支持さ
れる格好となるが、環状フランジの上下面は面積を比較
的大きく取ることができるので、ローター軸が短くても
軸の揺れを効果的に抑制することができる。さらに、円
盤形ローターの環状磁石及び上ヨークと対応する部分を
非磁性材で構成しているので、ローター軸と軸受け部材
間の動圧空間に磁性流体を封じる磁気回路が円盤形ロー
ターの部分で乱されることがなく、環状磁石の磁力を有
効に利用することができる。環状フランジの上下面をス
ラスト受面とし、環状フランジの外周面をラジアル軸受
面とするので、ローター軸にスラスト軸受用部材とラジ
アル軸受用部材を別個に設ける必要がなく、軸受け構造
を簡単にし、かつ、ローター軸の軸方向寸法を小さくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディスク駆動モーターの軸受け部分を示す断面
図

【図２】カード型磁気記録装置の分解斜視図

【図３】ディスク駆動モーターを分解して示す斜視図

【図４】フレームプレートの斜視図

【図５】軸受け部材箇所を拡大して示す断面図

【符号の説明】

１ カード型磁気記録装置 ２ ディスク駆動モーター ３ 軸受け構造 ４ ケース体 ５ 上カバー ６ 下カバー ７ 枠 ８ フレームプレート ９ ヘッド体 １０ イジェクト機構 １１ 絶縁シート １２ 回路基板 １３ 外部コネクタ １４ ディスクカセット １５ シャッター １６ ディスク形記録媒体 １７ ステーター １８ 円盤形ローター １８ａ 中央部分 １８ｂ 外縁部分 １９ 軸受け部材 ２０ ローター軸 ２１ モーター取付け凹部 ２２ 開口部 ２３ リング状枠 ２４ ステーターコイル ２５ ローター磁石 ２６ 円盤部材 ２７ 環状フランジ ２８ リング磁石 ２９ 環状磁石 ３０ 上ヨーク体 ３１ 下ヨーク体 ３２ モーター取付け孔 ３３ スラスト軸受け部 ３４ ラジアル軸受け部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 CA02 DA02 DA07 GA03 5D109 BB02 BB05 BB18 BB21 BB22 BB31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円盤部材とこの円盤部材に一体的に設け
   られた磁性材よりなるローター軸とを有する円盤形ロー
   ターと、着磁された磁石及びヨーク体を有する軸受け部
   材とより成り、前記ローター軸の外周面と軸受け部材と
   の間に磁性流体を磁石の磁力により封じて動圧軸受けを
   構成した軸受け構造において、 前記円盤部材の軸受け部材に対応する中央部分を非磁性
   材で構成し、円盤部材の外縁部分を磁性材で構成したこ
   とを特徴としたディスク駆動装置の軸受け構造。
2. 【請求項２】 前記円盤部材の外縁部分には、円盤形ロ
   ーターを回転駆動するときに必要である磁石を取り付け
   たことを特徴とする請求項１に記載のディスク駆動装置
   の軸受け構造。
3. 【請求項３】 円盤部材の中央部分を非磁性のステンレ
   ス材とし、その外縁部分を磁性のステンレス材としてあ
   ることを特徴とした請求項２に記載のディスク駆動装置
   の軸受け構造。
4. 【請求項４】 円盤部材とそのローター軸よりなる円盤
   形ローター及び軸受け部材を備え、ローター軸は磁性材
   よりなると共に非磁性材の環状フランジを一体に備え、
   軸受け部材は厚み方向に着磁し環状配列とした磁石と上
   ヨーク体及び下ヨーク体を有し、これらのヨーク体は前
   記磁石の上面及び下面に取り付けられてローター軸にお
   ける環状フランジの上面と下面へ延出するものであり、
   環状フランジの上下面及び外周面と軸受け部材との間に
   磁性流体を磁力により封じてローター軸を軸受け部材に
   取り付け、ローター軸のスラスト方向とラジアル方向の
   荷重を環状フランジにより支持する動圧軸受けを構成し
   てあり、円盤形ローターにおける円盤部材の軸受け部材
   に対応する中央部分を非磁性材で構成し、円盤部材の外
   縁部分を磁性材で構成してあることを特徴としたディス
   ク駆動装置の軸受け構造。