JP2001065555A - 気体動圧軸受及びスピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低速回転でも大きな軸剛性が得られる空気動
圧軸及びスピンドルモータを提供すること。 【解決手段】 固定軸１１に、動圧発生溝Ｇ１〜Ｇ３を
設けた円筒状軸１２を設け、円筒状軸１２を回転スリー
ブ１４で囲う。固定軸１１と回転スリーブ１４との間の
隙間１５には磁性流体シール１６を設けると共に、固定
軸１１に磁性流体シール１６に作用する動圧を外部に逃
がす空気流出孔１１Ｂを設ける。さらに、回転スリーブ
１４のスラスト軸とラジアル軸との境界に生じる負圧を
解消するための空気流入孔１４Ａ〜１４Ｄを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性流体シールに
よって動圧発生用の気体を軸受間隙内にシールしておく
ようにした気体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、気体動圧軸受として、図２に
示されるように、スラスト動圧溝１０１Ａが形成された
円板状のスラスト気体軸受１０１と、ラジアル動圧溝１
０２Ａが周方向に形成された円筒状のラジアル動圧軸受
１０２とを隣接して組み合わせて成るＴ字形状の軸部１
０３を軸受部１０４内に配置した構成、又は、図３に示
されるように、軸受部側に形成された動圧溝２０１に対
向する円板状の２枚のスラスト気体軸受２０２と周方向
にラジアル動圧溝２０３Ａが形成された円筒状のラジア
ル高圧軸受２０３とを隣接して組み合わせてＨ字形状と
した軸部２０４を軸受部２０５内に配置した構成等が公
知である。

【０００３】この種の気体動圧軸受は、例えばレーザプ
リンタなどに用いられる光走査システムで用いられるス
キャナモータ等に応用されてきた。この種の用途では、
軸受の回転数は２〜３万回転以上の高速回転で用いられ
る場合が殆どであり、したがってラジアル動圧軸受の径
が小さくても、大きな軸剛性が得られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２及び、図
３に示されるような、従来のこの種の気体動圧軸受を、
例えば回転数が１万回転程度と低い小型のＨＤＤ用スピ
ンドルモータに用いた場合、ラジアル動圧軸受の外径が
細いため軸剛性が不足する傾向となり、回転が不安定と
なってしまい、結局低速回転用の機器には用いることが
出来ないという問題点を有している。

【０００５】本発明の目的は、従来に比べて低速回転で
使用しても充分な軸剛性が得られるようにした、改善さ
れた気体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、固定軸と、上下面にスラスト動圧
発生溝が形成され側面にラジアル動圧発生溝が形成され
て成り前記固定軸に同軸に結合された円筒状軸とを有す
る固定子と、所定の軸受間隙を介して該円筒状軸を囲う
ように設けられた回転スリーブを有する回転子と、磁性
流体を有し前記回転子と固定子との間に設けられた磁性
流体シールと、動圧発生により前記磁性流体シールに作
用する空気圧を外部へ逃がすため前記固定軸に設けられ
た空気流出孔と、前記回転スリーブのスラスト軸とラジ
アル軸との境界に対応する部分に生じる負圧状態を解消
するため外部から空気を導入するための空気流入孔とを
有する空気流通孔とから備えて成る気体動圧軸受、及び
この気体動圧軸受を備えたスピンドルモータが提案され
る。

【０００７】固定軸に円筒状軸を設け、この円筒状軸に
所要の動圧発生溝を設けたので、これにより１万回転程
度の低回転数によっても充分な動圧が発生し、高い軸剛
性が得られる。したがって、ハードディスクの駆動等に
も使用することが可能となる。また、動圧発生溝内で空
気が加圧されることにより内部に生じる空気圧は空気流
出孔を通って外部に逃がされ、磁性流体シールに動圧発
生による大きな空気圧が作用するのを防止している。こ
のため、磁性流体シールを構成する磁性流体が飛散して
しまうことがない。

【０００８】さらに、空気流入孔を介して外部よりの空
気がスラスト軸とラジアル軸との境界に必要に応じて供
給されるので、回転時にスラスト軸とラジアル軸との境
界付近が負圧になり、動圧の発生に支障をきたすという
不具合が生じるのを有効に防止でき、またさらに、回転
スリーブと一体となっているハブに搭載するハードディ
スク等の静電気を逃がすことが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明による気体動圧軸受を用い
たハードディスク駆動装置用のスピンドルモータの実施
の形態の一例を示す断面図である。

【００１１】スピンドルモータ１は、固定側であるベー
ス２と回転側であるハブ３とを有し、ベース２とハブ３
とは気体動圧軸受１０によって相互に回転自在に連結さ
れている。

【００１２】気体動圧軸受１０は、ベース２に接着又は
圧入等の公知の適宜の手段によって固定的に垂設された
固定軸１１の上部に円筒状軸１２を同軸に固定して成る
軸部１３を備えている。

【００１３】円筒状軸１２の上面１２Ａ及び下面１２Ｂ
にはスラスト動圧発生溝Ｇ１、Ｇ２がそれぞれ形成さ
れ、円筒状軸１２の側面１２Ｃにはラジアル動圧発生溝
Ｇ３が形成されている。

【００１４】符号１４で示されるのは、円筒状軸１２の
上面１２Ａ、下面１２Ｂ、側面１２Ｃの各面から動圧発
生に必要な所定の軸受間隙を介して円筒状軸１２を囲う
ように設けられた回転スリーブであり、回転スリーブ１
４が気体動圧軸受１０の軸受部を構成している。

【００１５】本実施の形態では、回転スリーブ１４にハ
ブ３が固定されており、ハブ３は回転スリーブ１４と一
体に回転することができる構成となっている。

【００１６】したがって、回転スリーブ１４の回転によ
り、スラスト動圧発生溝Ｇ１と回転スリーブ１４との間
にはスラスト動圧軸受Ｊ１が形成され、スラスト動圧発
生溝Ｇ２と回転スリーブ１４との間にはスラスト動圧軸
受Ｊ２が形成される。そして、ラジアル動圧発生溝Ｇ３
と回転スリーブ１４との間にはラジアル動圧軸受Ｊ３が
形成される。

【００１７】動圧発生用の気体が固定軸１１と回転スリ
ーブ１４との間に形成される隙間１５から外部に逃げる
のを防止するため、固定軸１１の上端部には磁性流体シ
ール１６が設けられている。

【００１８】磁性流体シール１６は、ハブ３の環状段部
３Ａに収容されたリング状のマグネット１６Ａを有し、
マグネット１６Ａ内には固定軸１１の先端の細径部１１
Ａが通されている。マグネット１６Ａと細径部１１Ａと
の間には磁性流体としての磁性オイル１６Ｂがマグネッ
ト１６Ａの磁気吸引力で膜状になって設けられ、これに
より、動圧発生用の気体が固定軸１１と回転スリーブ１
４との間の隙間１５から外部に逃げるのを防止する構成
となっている。

【００１９】上述の如く形成された磁性流体シール１６
に対してスラスト動圧軸受Ｊ１の動圧による大きな空気
圧が作用し、これにより磁性オイル１６Ｂの膜状態が破
壊され、磁性オイル１６Ｂが外部に飛散してしまうのを
防止するため、固定軸１１内には空気流出孔１１Ｂが形
成されている。本実施の形態では、空気流出孔１１Ｂ
は、固定軸１１の軸に沿って形成され一端が固定軸１１
の下端に開口している第１通路１３Ｂａと、該第１通路
１３Ｂａの他端を隙間１５に連通させるため固定軸１１
の径方向に形成された第２通路１１Ｂｂとから成ってい
る。

【００２０】固定軸１１に空気流出孔１１Ｂを上述の如
く形成したので、回転スリーブ１４の回転時にスラスト
動圧発生溝Ｇ１によって加圧された空気圧は、空気流出
孔１１Ｂを通って外部に逃げることができるので、隙間
１５の空気圧が磁性流体シール１６のシール状態を破壊
する程には上昇することがなく、したがって、磁性流体
シール１６の磁性オイル１６Ｂが外部に飛散するのを有
効に防止することができる。

【００２１】そして、回転スリーブ１４には、スラスト
動圧軸受Ｊ１とラジアル動圧軸受Ｊ３との境界に対応し
て一対の空気流入孔１４Ａ、１４Ｂが設けられ、スラス
ト動圧軸受Ｊ２とラジアル動圧軸受Ｊ３との境界に対応
して別の一対の空気流入孔１４Ｃ、１４Ｄが設けられて
いる。

【００２２】本実施の形態では、空気流入孔１４Ａ〜１
４Ｄは、いずれも、ハブ３に対応して設けられた孔３ａ
〜３ｄによって外部に連通されており、したがって空気
流入孔１４Ａ〜１４Ｄを介して外部の空気を対応する境
界部分に導き入れることができる。

【００２３】この結果、回転スリーブ１４が回転するこ
とにより軸部１３と回転スリーブ１４との間の間隙で、
スラスト動圧発生溝Ｇ１、Ｇ２及びラジアル動圧発生溝
Ｇ３により空気の加圧が行われ、各境界部分で負圧状態
が生じると、対応する空気流入孔１４Ａ〜１４Ｄを通っ
て外部から空気が流入し、その負圧状態が大きくなるの
が防止される。この結果、スラスト動圧軸受Ｊ１、Ｊ２
及びラジアル動圧軸受Ｊ３における発生動圧のレベル低
下を防ぎ、充分な軸剛性を確保することができる。

【００２４】固定軸１１の下部には、モータコイル２１
がその取付孔２１Ａを固定軸１１に嵌め合わせることに
より固定軸１１に取り付けられている。

【００２５】そして、モータコイル２１は、固定軸１１
の下方の段部１１Ｄに係止することによって固定軸１１
の軸方向における位置決めがなされており、モータコイ
ル２１はこのようにして位置決めされた後、接着剤を用
いて固定軸１１に固定される。

【００２６】一方、ハブ３はキャップ状の形態であり、
その周壁部３Ｂがハブ３に固定されており、これにより
ハブ３が固定軸１１の軸を中心に回転できる構成となっ
ている。

【００２７】そして、周壁部３Ｂの開口周縁部３Ｃを拡
径することにより環状の収容段部３Ｄがモータコイル２
１に対向するように形成されており、この収容段部３Ｃ
内にはバックヨーク付リング型マグネット２２が収容さ
れ、接着剤により固定される構成となっている。

【００２８】バックヨーク付リング型マグネット２２は
ハブ３内に上述の如くしてモータコイル２１と対向する
ように取り付けられており、モータコイル２１とバック
ヨーク付リング型マグネット２２とによってモータの磁
気回路部２３が構成されている。

【００２９】スピンドルモータ１は以上のように構成さ
れているので、モータコイル２１に電流を流すことによ
り回転スリーブ１４が回転し、スラスト動圧発生溝Ｇ
１、Ｇ２及びラジアル動圧発生溝Ｇ３により空気の加圧
による動圧が発生し、スラスト動圧軸受Ｊ１、Ｊ２及び
ラジアル動圧軸受Ｊ３が確立される。

【００３０】ここでスラスト動圧発生溝Ｇ１、Ｇ２及び
ラジアル動圧発生溝Ｇ３は、大きな径の円筒状軸１２に
形成されているので、低速回転でも大きな動圧を発生さ
せることができ、スラスト動圧軸受Ｊ１、Ｊ２及びラジ
アル動圧軸受Ｊ３の軸剛性を大きくすることができる。
その上、スラスト動圧軸受Ｊ１、Ｊ２及びラジアル動圧
軸受Ｊ３の各境界部分に対応して回転スリーブ１４に空
気流入孔１４Ａ〜１４Ｄを設けたので、これらの境界部
分において負圧領域が生じることがなく、所要の動圧が
安定して発生し、良好な軸受特性でスピンドルモータ１
の運転を行うことができる。

【００３１】さらに、固定軸１１内には空気流出孔１１
Ｂを形成したので、磁性流体シール１６が破壊されるこ
とがなく、固定軸１１と回転スリーブ１４との間の隙間
１５から動圧発生用の空気が外部に逃げることなく、安
定な空気動圧軸受を実現できる。

【００３２】図１に示した構成において、円筒状軸１２
を、直径７ｍｍ高さ７ｍｍの円筒状炭化珪素セラミック
スとして形成し、その上下面上に溝角１８度溝深さ５μ
ｍのスパイラル動圧溝を形成し、側面には溝角１５度溝
深さ５μｍの動圧溝を形成した。

【００３３】また、回転スリーブ１４を、円筒状軸１２
を取り囲む炭化珪素スリーブとし、溝隙間１．５μｍと
なるように形成し、ディスクを取り付けるハブ３と結合
した。

【００３４】回転スリーブ１４の空気流入孔１４Ａ〜１
４Ｄは０．５ｍｍφとし４ヶ所に設けた。そして、固定
軸１１に空気流出孔を設けた状態で１０，０００ｒｐｍ
の回転数で回転させたところ、３．５インチのＨＤＤデ
ィスクを５枚浮上させるのに充分の動圧を得た。

【００３５】また、別の実施例として、円筒状軸１２を
直径７ｍｍ高さ３．５．．の円筒状炭化珪素として上記
と同様の動圧溝を形成し、これを、コイルコアを介して
固定シャフトの上下に一対配置し、上記と同様の回転ス
リーブ１４を用いて軸受間隙を構成した。このことによ
り、さらに多くのＨＤＤディスクを搭載することが可能
となり、モーメント剛性も大きくすることが出来た。

【００３６】このように、スピンドルモータ１によれ
ば、１０．０００ｒｐｍという低い回転数でかつ３．５
インチサイズの小さなスピンドルモータを実現すること
が出来、従来のオイル動圧軸受のようにオイル漏れを起
こすことなく低消費電力で回転させることが可能とな
る。また空気流出孔により磁性オイルの飛散がなく、従
来のオイル動圧軸受以上の小さな振動のノイズでディス
ク回転が可能となり、これまで以上のＨＤＤの高密度高
容量化が可能となる。またさらに、回転子と固定子とを
電気的に導通できるため、ハードディスク等の静電気を
逃がすことが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、低回転速
度でも高い軸剛性を得ることができ、例えばハードディ
スク駆動装置の回転駆動源として使用することもでき
る。

【００３８】また、空気動圧であるが、低消費電力で済
み、オイル漏れを生じることもない。そして、空気流出
孔を設けたので、磁性シールの磁性流体が飛散するとい
う不具合も生ずることがない。

【００３９】さらに、軸部と軸受部との間に形成される
空気動圧軸受の境界部分で生じる負圧状態が空気流入孔
を設けることにより改善されるので、空気動圧軸受の軸
受特性が改善され、従来のオイル動圧軸受以上の小さな
振動ノイズでの回転が可能となる。このため、例えばハ
ードディスクの回転駆動に用いることにより、ハードデ
ィスク駆動装置の高密度、高容量化が可能となる。また
さらに、ハードディスク駆動装置に用いる場合にディス
ク等にて生じる静電気を逃がすことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による気体動圧軸受を用いたハ
ードディスク駆動装置用のスピンドルモータの実施の形
態の一例を示す断面図

【図２】従来の空気動圧軸受モータの一例を示す断面
図。

【図３】従来の空気動圧軸受モータの他の例を示す断面
図。

【符号の説明】

１ スピンドルモータ ２ ベース ３ ハブ １０ 気体動圧軸受 １１ 固定軸 １１Ｂ 空気流出孔 １１Ｂｂ 通路 １２ 円筒状軸 １３Ｂａ 通路 １４ 回転スリーブ １４Ａ〜１４Ｄ 空気流入孔 １６ 磁性流体シール １６Ｂ 磁性オイル Ｇ１、Ｇ２ スラスト動圧発生溝 Ｇ３ ラジアル動圧発生溝 Ｊ１、Ｊ２ スラスト動圧軸受 Ｊ３ ラジアル動圧軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川和田 直樹 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 似鳥 幸司 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA04 BA08 BA09 CA02 JA03 KA04 MA03 MA27 5H607 AA04 BB01 BB14 BB17 BB25 CC01 DD03 EE10 GG01 GG02 GG07 GG12 GG14 5H621 HH01 JK19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子と、前記回転子を回転自在に支持
   する固定子と、前記回転子と固定子との少なくとも一方
   に設けられた気体動圧発生溝と、磁性流体を有し前記回
   転子と固定子との間に設けられた磁性流体シールと、前
   記固定子と回転子との少なくとも一方に設けられ、前記
   磁性流体シール内外の気体を流通させる空気流通孔とを
   有することを特徴とする気体動圧軸受。
2. 【請求項２】 前記固定子は、固定軸と、上下面にスラ
   スト動圧発生溝が形成され側面にラジアル動圧発生溝が
   形成されて成り前記固定軸に同軸に結合された円筒状軸
   とを有して成り、前記回転子は、所定の軸受間隙を介し
   て該円筒状軸を囲うように設けられた回転スリーブを有
   して成り、前記空気流通孔は、動圧発生により前記磁性
   流体シールに作用する空気圧を外部へ逃がすため前記固
   定軸に設けられた空気流出孔と、前記回転スリーブのス
   ラスト軸とラジアル軸との境界に対応する部分に生じる
   負圧状態を解消するため外部から空気を導入するための
   空気流入孔とを有して成ることを特徴とする請求項１記
   載の気体動圧軸受。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の気体動圧軸受を備
   えてなるスピンドルモータ。