JP2001140863A - ディスク用流体軸受モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軸とハブを別体として製作を容易にしながら
も、軸とハブとの締結強度を向上させることができ、且
つモーメント耐力も大きいディスク用流体軸受モータを
提供する。 【解決手段】ディスクを搭載するハブ４を一端に締結し
た軸３が、ラジアル流体軸受Ｒ及びスラスト軸受Ｓを介
してスリーブ２に支持され回転駆動される流体軸受モー
タにおいて、ハブ４と締結する部分３ａの軸径をラジア
ル流体軸受Ｒで支持される部分の軸径よりも太くした。
これにより、締結強度を上げることができてハブ４に対
する軸３の抜け荷重が大きくなると共に、２個のラジア
ル流体軸受Ｒ，Ｒの軸受スパンＬｐを確保できて大きい
モーメント耐力が得られる。また、軸３とハブ４との直
角度が確保し易くなり、ハブ４のディスク搭載面の振れ
精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器，音響・
映像機器等の磁気ディスクや光ディスクを回転駆動させ
る流体軸受モータに係り、特に、ディスク搭載面の振れ
精度を高めて信頼性を向上させたディスク用流体軸受モ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、開発初期のディスク用流体軸受
モータである従来のＨＤＤ用スピンドルモータの断面図
である。回転軸１００の一端の締結部１００ａにハブ１
１０が一体的に締結されていて、ハブ１１０の外周に図
示されないディスクが搭載されるようになっている。中
心部に円筒状穴を有するスリーブ１２０が、その軸１０
０の外周を囲んで配設されベース１３０に固定されてい
る。

【０００３】スリーブ１２０は、円筒状穴の内周面の上
下２箇所にラジアル軸受面１２０ｒを有すると共に、円
筒状穴の底部を塞いで取り付けられているカウンタープ
レート１２３の上面にスラスト軸受面１２３ｓを有して
いる。軸１００は、外周面に前記ラジアル軸受面１２０
ｒと微小すき間を介して対向する上下２箇所のラジアル
受面１００ｒを有すると共に、下端に取り付けたフラン
ジ状のスラストプレート１０３の下面に前記スラスト軸
受面１２３ｒと微小すき間を介して対向するスラスト受
面１０３ｓを有する。

【０００４】対向するラジアル軸受面１２０ｒとラジア
ル受面１００ｒとの少なくとも一方（図ではラジアル受
面１００ｒ）に動圧発生用の溝ｍを設けて上下２個のラ
ジアル流体軸受Ｒを構成し、一方、対向するスラスト軸
受面１２３ｓとスラスト受面１０３ｓとの少なくとも一
方に図示しない動圧発生用の溝を設けてスラスト流体軸
受Ｓを構成し、これらの両流体軸受に油などの潤滑剤が
充填されている。

【０００５】ハブ１１０の内周に固定したロータ磁石１
４０と、これに周面対向に配設してベース１３０に固定
されたステータ１４１とで構成されるモータＭにより、
軸１００及びハブ１１０が一体に回転駆動される。その
回転で、スラスト流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒに
動圧発生用の溝のポンピング作用により潤滑流体が自動
的に供給されてそれぞれに動圧が発生し、軸１００とハ
ブ１１０が一体に浮上してスリーブ１２０に非接触で支
承される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、モバイル用の磁
気ディスク装置には、ますます薄型化が求められると共
に、揺動や外部衝撃に対して強いことが求められてい
る。こうした要求に応えようとすると、モータ高さを抑
えながら、揺動時のモーメント耐力を増さなければなら
ない。モーメント耐力を増すためには、上下２個のラジ
アル流体軸受Ｒ，Ｒ間の軸受スパンＬｐはなるべく広い
方がよい。しかしながら、限られたモータ高さの範囲で
当該軸受スパンＬｐを広くしようとすると、軸とハブと
の締結部の軸方向長さを長くとることが難しくなり、軸
とハブとの締結強度が弱くなる。逆に、軸とハブとの締
結部の軸方向長さを長くとって締結強度を上げようとす
ると、軸受スパンＬｐが狭くなる結果、耐揺動性や耐衝
撃性が低下するという両立困難な問題があった。

【０００７】ここで、軸とハブとを一体に製作すること
も考えられるのであるが、通常、ハブ材には難削材のス
テンレス鋼が多く使われているため、限られたコストで
一体加工により所定の寸法精度を確保することは難し
い。また、ハブ材にアルミ合金を使用することもできる
が、アルミ合金は表面にキズがつきやすく、そのためラ
ジアル流体軸受の起動停止耐久性が損なわれるおそれが
ある。いずれにしても軸とハブを一体化することは実用
上難しかった。

【０００８】そこで本発明は、このような従来のディス
ク用流体軸受モータの未解決の課題に着目してなされた
もので、軸とハブを別体としながらも、軸とハブとの締
結強度を向上させることができ、且つモーメント耐力も
大きいディスク用流体軸受モータを提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明は、ディスクを搭載するハ
ブを一端に締結した軸が、ラジアル流体軸受及びスラス
ト軸受を介してスリーブに支持され回転駆動される流体
軸受モータにおいて、前記ハブと締結する部分の軸径が
前記ラジアル流体軸受で支持される部分の軸径よりも太
いことを特徴とする。

【００１０】本発明の流体軸受モータによれば、ハブと
締結する部分の軸径を、ラジアル流体軸受で支持される
部分の軸径よりも太したため、軸とハブとの締結部の軸
方向長さを長くすることなく、したがってモータ高さを
低く抑えながら軸受スパンを確保しつつ軸とハブとの締
結強度を上げることができる。すなわち、軸径が太いの
で、軸とハブとの固着面積を大きくすることができ、そ
の結果ハブに対する軸の抜け荷重を大きくできて締結強
度が向上する。また、軸受スパンが広くとれるからモー
メント耐力が大きくとれて、耐揺動性，耐衝撃性が保証
される。

【００１１】また、ハブ締結部分の軸直径を太くしたた
め、軸とハブとの直角度が確保しやすくなり、ハブのデ
ィスク搭載面の振れ精度が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係るディスク用
流体軸受モータの断面図である。先ず、構成を説明する
と、ベース１にスリーブ２が固着されている。このスリ
ーブ２は、カップ状の外側スリーブ２ａと、その上端に
一体に固着されたフランジ付円筒体状の内側スリーブ２
ｂとの二重構造に形成されている。

【００１３】一方、軸３は、その上端部に段状に拡径さ
れた太い締結部３ａを備え、その締結部３ａで浅い逆カ
ップ状のハブ４と締結して一体化されている。締結手段
としては圧入に限定せずに、圧入と接着、圧入と加締或
いは溶接等の手段を採用しても良い。締結部３ａの下方
の軸延長部３ｂの軸径は締結部３ａより細くなってい
る。例えばハブ４の外径が２０ｍｍ程度の場合、締結部
３ａの軸径は締結強度を確保するために４ｍｍ以上が好
ましく、一方、軸延長部３ｂの軸径は後述のラジアル流
体軸受部Ｒの摩擦損失を小さくするために４ｍｍ未満が
好ましい。

【００１４】軸延長部３ｂを前記内側スリーブ２ｂに挿
入して貫通させ、突き出た軸下端には円板状のスラスト
プレート６が圧入固着されている。そのスラストプレー
ト６の上下の両平面はスラスト受面６ｓとされ、上面側
のスラスト受面６ｓに対向する内側スリーブ２ｂの下端
面及び下面側のスラスト受面６ｓに対向する外側スリー
ブ２ａの底面が、それぞれスラスト軸受面２ｂｓ及び２
ａｓとされて、相対するスラスト受面とスラスト軸受面
との少なくとも一方に、図示されない例えばヘリングボ
ーン状の動圧発生溝を備えてスラスト流体軸受Ｓを構成
している。

【００１５】軸３の延長部３ｂの外周面には、軸方向に
間隔をおいて上下に一対のラジアル受面３ｒが形成され
ると共に、このラジアル受面３ｒに対向するラジアル軸
受面２ｒが内側スリーブ２ｂの内周面に形成されてお
り、ラジアル受面とラジアル軸受面との少なくとも一方
に（図ではラジアル受面３ｒに）、例えばヘリングボー
ン状の動圧発生溝ｍを備えて２個のラジアル流体軸受
Ｒ，Ｒが構成されている。ラジアル流体軸受Ｒのラジア
ル負荷容量を確保しながら軸受スパンＬｐを増すために
は、各ラジアル流体軸受Ｒにおける動圧発生溝ｍの溝幅
Ｂと軸径Ｄとの比（Ｂ／Ｄ）の値を０．７以下、望まし
くは０．５以下にすることが好ましい。一方、流体軸受
の不安定現象であるホワールが発生し易くなるのを防止
するには、０．２以上が好ましい。

【００１６】上記内外二重構造のスリーブ２にあって、
内側スリーブ２ｂと外側スリーブ２ａとの間には円環状
のすきまが設けられており、これが潤滑剤溜まり９にな
っている。この潤滑剤溜り９は、下端のすき間９ａが潤
滑剤供給通路１０とされてスラスト流体軸受Ｓとラジア
ル流体軸受Ｒとの間に開口している。この潤滑剤供給通
路１０を形成するすき間９ａは、開口部分の大きさを、
各流体軸受の軸受すき間と等しいか、わずかに大きい程
度として、表面張力に基づく毛管現象により潤滑剤を保
持できるようにしている。一方、潤滑剤溜り９の上端側
は内側スリーブ２ｂのフランジで閉じているが、そのフ
ランジを貫通する空気抜き孔１１を設けて外部に連通し
ている。

【００１７】また、潤滑剤溜り９を囲む外側スリーブ２
ａの内周面２ａｎをテーパ状に形成することによって、
潤滑剤溜り９を潤滑剤供給通路に向かって次第に狭くな
るようにして、潤滑剤供給の円滑化を図っている。もっ
とも、テーパ面は必ずしも外側スリーブ２ａの内周面２
ａｎに形成するとは限らず、内側スリーブ２ｂの外周面
２ｂｇの方に形成してもよく、あるいは外側スリーブ２
ａの内周面及び内側スリーブ２ｂの外周面の双方に形成
しても良い。

【００１８】被回転体である図外の磁気ディスクを搭載
する逆カップ状のハブ４を回転駆動させるために、ベー
ス１の外周に固定したステータ１２と、ハブ４の内径面
に固定したロータ磁石１３とで構成されるモータＭが搭
載されている。ここで、本発明のディスク用流体軸受モ
ータにおける構成部材の材料について説明すると、例え
ばハブ４に搭載するディスクが周囲温度変化により径方
向に移動するのを防ぐためには、ハブ４とディスクとの
線膨張係数をほぼ同じにすることが望ましい。一方、高
温時の流体軸受の負荷容量低下を少なくするためには、
軸３とスリーブ２の線膨張係数がほぼ等しいか、軸３の
線膨張係数がスリーブ２のそれよりも大きいことが望ま
しい。また、ラジアル流体軸受部Ｒを構成する軸２の外
周面は寸法精度をよくする必要があり、切削加工性がよ
い軸材料が望まれる。軸３の材料及び内側スリーブ２ｂ
と外側スリーブ２ａとの材料としては、ステンレス鋼Ｓ
ＵＳ３０３，ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４２０系，ＳＵＳ４
３０Ｆ、銅系材料、アルミ合金、セラミック、樹脂等が
考えられ、これらを適宜組み合わせて使用する。また、
必要に応じて軸受表面にメッキやコーティングを施して
もよい。ハブ４の材料には、ステンレス鋼ＳＵＳ４３０
Ｆやアルミ合金などが、ディスク材の線膨張係数に合わ
せて選ばれる。なお、軸３の表面硬さを上げるために熱
処理により硬くすることが好ましいが、必要により低コ
スト化のため熱処理を省略することもできる。

【００１９】次に、作用を説明する。本発明のディスク
用流体軸受モータは、軸３とハブ４との締結部３ａの軸
径が、ラジアル流体軸受部Ｒの軸径よりも太くしてある
から、当該締結部３ａの軸方向長さを格別長くせずに締
結強度を上げることができる。即ち、軸３とハブ４との
締結面積を大きくすることができるから、ハブ４に対す
る軸３の抜け荷重が大きくなる。また、締結部３ａの軸
径を太くしたことにより、軸３とハブ４との直角度が確
保し易く、ハブ４のディスク搭載面の振れ精度が向上す
る。また、２個のラジアル流体軸受Ｒ，Ｒの軸受スパン
Ｌｐを確保できて、モーメント耐力が増し、優れた耐揺
動性，耐衝撃性が得られる。

【００２０】上記の構成を有するスピンドルモータの組
立の手順の一例を述べると、予めカップ状の外側スリー
ブ２ａの底部に、所定量の潤滑剤を注人しておく。つぎ
にスラストプレート６を外側スリーブ２ａの底部に平ら
に置き、その後内側スリーブ２ｂを組みつけてから、ハ
ブ４と一体の軸３の先端を、スラストプレート６に圧入
して固着する。

【００２１】この軸３の挿入により、底部の潤滑剤はス
ラスト流体軸受Ｓとラジアル流体軸受Ｒの各軸受すきま
に充填されると同時に、潤滑剤供給通路１０を経て潤滑
剤溜り９内にも溜まる。この組立時に、潤滑剤に巻き込
まれた空気は気泡となって潤滑剤中に混入する可能性が
ある。しかし、本実施の形態の場合、軸受すき間が潤滑
剤溜り９に連通しているため、軸受すきま空間の空気は
より大きい容積を有する潤滑剤溜り９の方へ押し出され
て空気抜き孔１１から外部に排出されることとなり、潤
滑剤への気泡の巻き込みが少ない。また、巻き込まれた
潤滑剤の気泡も、ラジアル流体軸受Ｒの上方から外部に
排出される一方、大部分は潤滑剤溜り９内で分離されて
上部の空気抜き穴１１から外部に排出される。よって、
流体軸受モータの輸送時や使用中に潤滑剤中の気泡が膨
張して軸受すきまの潤滑剤を外部に押し出し、潤滑剤不
足を来すことは未然に防止される。

【００２２】このように、補給用の潤滑剤が保持される
潤滑剤溜り９が気泡の分離排出機能を有することから、
本発明の流体軸受モータの組立作業は大気中で行うこと
が可能である。しかも軸３の一端に圧入固着されたスラ
ストプレート６が抜け止め機能を発揮するから、輸送時
や使用時の外部衝撃によってスリーブ２から軸３が抜け
るおそれもない。もちろん組立方法は上記に限定する必
要はない。

【００２３】モータＭにより、軸３とハブ４とを一体的
に回転駆動すると、スラスト流体軸受Ｓとラジアル流体
軸受Ｒの各軸受すきまに充填されている潤滑剤に、ポン
ピング作用で動圧が発生して、軸３とハブ４はスリーブ
２およびスラストプレート６と非接触で支承される。運
転が長期に及んで、軸受すきまに保持されている潤滑剤
が蒸発や回転中の飛散により次第に減少して不足してく
ると、その不足分に応じて潤滑剤溜り９内の潤滑剤がテ
ーパ面２ａｎに案内されつつ潤滑剤供給通路１０に導か
れ、連通しているすきまの狭い各軸受すき間に毛管現象
で吸引される。そして、潤滑剤溜り９内の潤滑剤面の表
面張力が釣り合う位置で安定する。

【００２４】本実施の形態は、潤滑剤溜り９のすきまが
テーパ状であるから、潤滑剤は表面張力ですきまの狭い
方に吸引され、一方、組立時に巻き込んだ残留気泡はす
きまの大きな方に分離排出される。したがって、潤滑剤
が減少した分だけ自動的に確実に気泡のない潤滑剤が補
給されて軸受すきま内は常時潤滑剤で満たされることと
なり、耐久性に優れ且つ信頼性の高い流体軸受モータが
得られるという効果を奏する。また、潤滑剤溜りをテー
パ状としたために、流体軸受モータの輸送時や使用時に
倒置しても、保持された余分な潤滑剤が流出するのを防
止できるという効果もある。更に、潤滑剤溜り９を設け
たことにより、流体軸受モータの装置全体の高さを低く
できるという、実用上の大きな利点が得られる。

【００２５】なお、上記の実施の形態では、定格回転時
に非接触となる非接触回転支持型のスラスト流体軸受Ｓ
を採用したものを示したが、そのスラスト流体軸受の代
わりに、常時接触している接触形のピボット軸受を採用
しても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１に係る
本発明によれば、軸とハブとを製作の容易な別体としな
がら、しかも軸とハブとの締結強度を向上させることが
できると共に、モーメント耐力が大きく且つ軸とハブと
の直角度が確保し易いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の断面図である。

【図２】従来のディスク用流体軸受モータの断面図であ
る。

【符号の説明】

２ スリーブ ２ａ 外側スリーブ ２ｂ 内側スリーブ ３ 軸 ３ａ （ハブとの）締結部 ４ ハブ Ｓ スラスト流体軸受 Ｒ ラジアル流体軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂谷 郁紀 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 (72)発明者 田中 克彦 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA04 BA02 BA08 CA02 CA05 5H605 BB05 BB19 CC01 CC03 CC04 CC05 CC09 CC10 EB01 EB02 EB06 EB28 5H607 AA12 BB01 BB17 CC01 DD14 FF12 GG01 GG02 GG12 JJ06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスクを搭載するハブを一端に締結し
   た軸が、ラジアル流体軸受及びスラスト軸受を介してス
   リーブに支持され回転駆動される流体軸受モータにおい
   て、前記ハブと締結する部分の軸径が前記ラジアル流体
   軸受で支持される部分の軸径よりも太いことを特徴とす
   るディスク用流体軸受モータ。