JP2004104982A - Spindle motor, disc driver carrying the same and method for manufacturing spindle motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルモータおよび当該スピンドルモータを搭載したディスク駆動装置ならびにスピンドルモータの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
スピンドルモータは、ハードディスクドライブ機構(以下、HDDという。)や、デジタルバーサタイルディスク機構(以下、DVDという。)や、スキャナ装置などに搭載されるもので、ハードディスクやデジタルバーサタイルディスクやミラーを高速回転させる際に使用される。このスピンドルモータは、高速回転、高回転精度、省電力、静音、高信頼性などが要求される。このような高度な要求を満足させるために、極めて高精度な軸受けの採用が必要となってきている。
【0003】
軸受けとしては、従来はボールベアリングが使用されてきていたが、近年は動圧流体軸受けが使用されるようになってきている。動圧流体軸受けは、その原理上、基本的に前述の要求に応える特性を有し、スピンドルモータに適したものである。しかし、その優れた特性を発揮するためには、構造上および機器への応用において諸条件を考慮しなければならない。すなわち、動圧流体軸受けは、軸(シャフト)と軸受けは、相対的な回転によって発生する油の圧力によって非接触状態で支持される。このとき、所定の圧力を維持するためには流体力学の理論によって、隙間、油の粘度、さらには直角度などの形状精度などを極めて厳しく管理する必要があると共に、温度変化や径時変化に対する微小変化を防止するための特別な工夫もなされなければならない。
【0004】
以下に、各種の工夫がなされた従来のスピンドルモータの構造を示す。なお、スピンドルモータは、特許文献1の図4や特許文献2に示されるような軸が固定される軸固定型と、特許文献1の図1や特許文献3に示されるような軸がロータと共に回転する軸回転型の2種類が知られている。最初に、従来の軸固定型のスピンドルモータ100について図16に基づいて説明する。
【0005】
このスピンドルモータ100では、ベース101にシャフト(軸)102が圧入固定され、このシャフト102の先端側にスラスト板103が圧入固定されている。ベース101の中央の円筒部の外周には、中央の各孔部分がその円筒部に嵌り込む複数の薄板磁性金属板からなるコア104が配置されている。このコア104には、径方向にのびる複数の突極が周方向に所定間隔で配置されており、その突極にはコイル巻線105が施されている。ベース101とコア104とコイル巻線105とで、スピンドルモータ100のステータが構成されている。
【0006】
シャフト102の周囲には、軸受けとなる円筒状のスリーブ111が配置され、そのスリーブ111の中心孔(図16における上方)を塞ぐようにカウンタプレート112がかしめにてスリーブ111に固定されている。スリーブ111の外周には、ハードディスク等のディスク113を載置するための円筒状のハブ114が圧入、焼きバメ、接着などにより固定されている。
【0007】
ハブ114の円筒状部の内周部分には、磁性体となる金属製の円筒状のヨーク115を介して円筒状の磁石116が固定されている。ハブ114には、ディスク113を取り付けたり、取り外したりするためのねじ117が挿通するねじ孔が設けられている。そして、クランパ118とハブ114との間にディスク113をはさみ込んだ後、ねじ117をそのねじ孔に挿通しつつ、ねじ117を締めることによってディスク113をハブ114に固定可能とされている。スリーブ111と、カウンタプレート112と、ハブ114と、ヨーク115と、磁石116とでスピンドルモータ100のロータが構成される。
【0008】
シャフト102(スラスト板103含む)とスリーブ111との間のわずかな隙間には、油が入れられその油がスリーブ111外に漏出しない状態で保持される。スリーブ111の内周面の一端側にはシャフト102のラジアル方向の動きを規制するラジアル動圧溝121が設けられると共に他端側にもラジアル動圧溝122が設けられている。スラスト板103のカウンタプレート112と対向する面に、ロータのスラスト方向の動きを規制するスラスト動圧溝が設けられていると共にスラスト板103のスリーブの段部123と対向する面に同様のスラスト動圧溝が設けられている。
【0009】
次に、図17に基づいて、従来の軸回転型のスピンドルモータ200の構造を示す。
【0010】
このスピンドルモータ200では、ベース201の中央に円筒状のスリーブ202が圧入固定され、このスリーブ202の中央孔を塞ぐようにカウンタプレート203がスリーブ202にかしめ固定されている。スリーブ202の外周には、薄板からなる磁性金属板が積層されたコア204が配置され、そのコア204の突極部分にはコイル巻線205が施されている。ベース201と、スリーブ202(カウンタプレート203含む)と、コア204と、コイル巻線205とでスピンドルモータ200のステータが構成されている。
【0011】
スリーブ202には、ハブ211に接着固定されたシャフト212が挿入され、シャフト212の先端にはスラスト板213が圧入固定されている。ハブ211には円筒状のヨーク214を介して円筒状の磁石215が固定されている。シャフト212には、バーサタイルディスク等のディスク216を取付可能とするねじ217をねじ係合するためのめねじ部となるねじ凹部が設けられている。
【0012】
そして、クランパ218とハブ211との間にディスク216をはさみ込んだ後、ねじ217をねじ凹部にさし込み、ねじ217を締めることによってディスク216をハブ211に取り付け可能とされている。ここで、ハブ211と、シャフト212と、スラスト板213と、ヨーク214と、磁石215とでスピンドルモータ200のロータが構成される。
【0013】
スリーブ202とシャフト212との間のわずかな隙間には油が入れられ、その油がスリーブ202外に漏出しない状態で保持される。スリーブ202の内周面の一端側と他端側にはそれぞれ一対のラジアル動圧溝221,222が設けられている。スラスト板213のカウンタプレート203と対向する面とスリーブ202の段部223と対向する面の両面にそれぞれスラスト動圧溝が設けられている。
【0014】
【特許文献1】特開平8−335366号公報(図1、図4)
【特許文献2】特開2000−41359号公報
【特許文献3】特開2000−324753号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固定型のスピンドルモータ100や、軸回転型のスピンドルモータ200は、次のような大きな5つの欠点を有している。第1の欠点は、従来のスピンドルモータ100,200では、相対回転する部分が別部材の組み合わせで構成されているため、衝撃に弱いことである。
【0016】
第2の欠点は、従来のスピンドルモータ100,200では、シャフト102,212とロータとの間の垂直度が不十分となりやすく、ハブ114,211の部分での回転振れが大きくなることである。この回転振れには、リピータブル ランアウト(Repeatable Runout:繰り返し回転振れで、以下RROという)とノンリピータブル ランアウト(Non Repeatable Runout:非繰り返し回転振れで、以下RROという)とが存在する。また、種類として、軸振れと面振れとがあり、従来のスピンドルモータ100,200では、軸振れのRRO(以下、A−RROという。)が大きいものとなっている。ハブ114,211のA−RROが大きくなると、ディスク113,216の面での面振れのRROが大きくなり、ディスク113,216に対する情報の記録や、ディスク113,216からの情報の読み取りの面でエラーが発生してくる。
【0017】
従来のスピンドルモータ100,200において、A−RROが大きくなるのは次の点が原因と考えられる。すなわち、スピンドルモータ100の場合、スリーブ111とハブ114の固定部100aは、圧入、焼きバメ、接着などにより固定されているが、これらの工法を採用すると、ハブ114はスリーブ111に対して設計精度からのずれがどうしても発生する。このずれは、組み立ての際にも発生するが、さらに固定部100aには取り付け上の応力が残存しており、温度変化や径時変化などによって精度ずれが発生する。この精度ずれは、垂直度の悪化となり、A−RROの悪化に直結する。
【0018】
スピンドルモータ200の場合、シャフト212の径が小さく、かつシャフト212とハブ211の固定部200aの接触幅が小さいので、この固定部200aにおける直角度を高精度に管理するのは極めて困難であり、どうしても直角度(垂直度)が保持できない。また、仮に、組み立て時に直角度が出たとしても、シャフト212とハブ211の固定は圧入や接着などで行われており、スピンドルモータ100のスリーブ111とハブ114の固定と同様に、取り付け上の応力が残存し、温度変化や径時変化などによって直角度が維持されない。直角度が出せないという状態は、A−RROの悪化に直結する。
【0019】
スピンドルモータ100,200のいずれにおいても、シャフト102とスラスト板103の組み立てや、シャフト212とスラスト板213の組み立ての際に、スラスト板103,213がシャフト102,212に対して微小な傾きが発生する。この傾き(垂直度の悪化)は、ハブ114,211のA−RROの悪化をもたらす。
【0020】
第3の欠点は、従来のスピンドルモータ100,200では、温度変化に対する軸受け剛性の変化が大きなものとなることである。軸受け剛性が低下しすぎると、リピータブル ランアウト(RRO)や、ノンリピータブル ランアウト(NRRO)が大きくなり、モータとして使用することができなくなる。
【0021】
従来のスピンドルモータ100,200において、温度変化に対する軸受け剛性の大きな変化(低下)は、次の点が原因と考えられる。すなわち、従来のスピンドルモータ100,200では、シャフト102,212の材質をステンレス鋼の400系(SUS−400系)、たとえばCrを18%含有するSUS430とし、スリーブ111,202の材質を真鍮やステンレス鋼の300系(SUS−300系)、たとえばCrを18%、Niを8%含有するSUS304としている。これらの材質を採用すると、線膨張係数の差による影響で、温度が上昇した時にシャフト102とスリーブ111との隙間や、シャフト212とスリーブ202との隙間が大きくなって、動圧効果が低下し、ラジアル方向の軸受け剛性が低下してしまうのである。また、温度が上昇すると、動圧用の油の粘度が低下してしまい、軸受け剛性が一層低下してしまう。
【0022】
先に示したSUS430とSUS304の場合、より固いSUS430の線膨張係数が10.4×10−6で、よりやわらかいSUS304の線膨張係数が16.4×10−6となり、温度が上昇するとスリーブ111,202の方が大きく膨張し、シャフト102,212との間の隙間が広くなってしまうのである。なお、軸受け剛性の問題は、ラジアル方向のみならず、スラスト方向にも同様な原因によって生じている。
【0023】
この軸受け剛性の問題に対しては、スリーブ111,202の材質をシャフト102,212の材質と同じSUS−400系にすれば改善される(線膨張係数の差による影響は発生しない)が、スリーブ111,202が固くなり、それらに対する溝加工や形状加工等の加工が困難となり、生産性が大幅に悪化すると共に生産コストが上昇してしまう。また、軸受け部分の温度上昇に伴う油の粘度変化に対しては、依然として改善はされず、問題が残ったままとなる。
【0024】
なお、シャフト102,212の材質をスリーブ111,202の材質と同じSUS−300系にするという案も理論上はあり得る。しかし、シャフト102,212がスリーブ111,202と同材質でかつやわらかい材質となることは、シャフト102,212に傷がつき易くなり、回転の安定性が損なわれ易くなると共に、シャフト102,212とスリーブ111,202との間でロックし易くなってしまい、この構成は採用できない。
【0025】
また、シャフト102,212をSUS−300系とし、スリーブ111,202をSUS−400系としても良いが、スリーブ111,202をSUS−400系にすると、熱膨張の差が大きすぎて、高温時に、シャフト102,212がロックしてしまう。すなわち、SUS−400系は、熱膨張度が小さいため、高温になると、シャフト102,212とスリーブ111,202の間の隙間が零となり、ロックする。また、時には、隙間が小さくなることで、シャフト102,212が堅いSUS−400系のスリーブ111,202にぶつかり、シャフト102,212に傷がついたりする。
【0026】
また、シャフト102,212をSUS−300系とし、スリーブ111,202をSUS−400系とすると、SUS−400系は、その硬度が高いため、内径の寸法出し、真円度化、面相度を細かくすること、高円筒度化などの高精度加工や動圧溝加工が困難となる。内径寸法のバラツキは、適正な隙間が得られないこととなり、測定による選別組み合わせという多大な時間を要する工程を必要とする。これは生産性やコストの面で問題となる。動圧溝加工が困難になるということは、溝深さの均一性や対称性が悪くなることに直結し、軸受け特性が悪化する。また生産性や価格の面にも悪影響を及ぼす。
【0027】
これらの理由により、シャフト102,212をSUS−300系とし、スリーブ111,202をSUS−400系とする組み合わせも、実質的には採用できない。
【0028】
さらに、第4の欠点は、従来のスピンドルモータ100,200では、電流ロスが大きなものとなることである。これには2つの原因が考えられる。1つは、構造的問題である。すなわち、図16に示す軸固定型のスピンドルモータ100のスリーブ111とハブ114との固定部100aにおける強度や効率的な作業性を得るためには、固定部100aの軸方向長さを長くしたり、各部品の径方向の肉厚を十分に大きくしなければならないが、そのためには、コア104やコイル巻線105を収納する空間が狭くなり、結果として電磁特性(Kt)が小さくなるのである。収納空間が狭くなり、電磁特性が小さくなるこの傾向は、軸回転型のスピンドルモータ200でも生じる。
【0029】
電流ロスが大きくなる原因の他の1つは、軸受け構造の問題である。すなわち、軸受け部分の軸損トルクは、シャフト102,212の径を小さくして、かつラジアル隙間を小さくすれば、軸受け剛性を低下させること無く、軸損トルクを低減できる。しかし、スピンドルモータ100の場合、シャフト102の径が小さくなると、シャフト102とベース101との固定部100bでの結合力や直角度が出にくくなる。また、スピンドルモータ200の場合、シャフト212の径が小さくなると、シャフト212とハブ211との固定部200aにおける接触面積がさらに小さくなり、上述したようにA−RROのさらなる悪化が生ずる。また、ラジアル隙間を小さくすると線膨張係数の差の影響が大きく出てしまう。
【0030】
電流ロスが大きくなる原因の中には、スラスト板103,213の厚さの問題がある。現状では、スラスト板103,213の垂直度および各固定部100c,200bでの固定強度を得るために、スラスト板103,213をどうしても厚くせざるを得ない。具体的には、スラスト板103,213の厚さを、1〜1.5mm程度としている。このため、電流ロスがかなり大きくなっている。
【0031】
このように、シャフト102,212の径を小さくしたり、スラスト板103,213を薄くすることは、極めて困難であり、このことによって電流が上昇し、電流ロスが大きくなる。
【0032】
第5の欠点は、従来のスピンドルモータ100,200では、3.5インチハードディスク用への対応は容易に可能であるが、さらに小型で薄型となる2.5インチや1.8インチのハードディスク用への対応が困難なことである。すなわち、従来のスピンドルモータ100,200では、相対回転部分が別部材を組み立てることで得られる組み立て部品となっているため、軸受け部分のギャップである隙間の管理が難しく、どうしても大きな隙間とならざるを得ず、小型化、薄型化がしづらいものとなっている。特に、組み込みの強度や精度を考慮すると、スラスト板103,213やハブ114,211を厚くせざるを得ず、軸方向厚さが大きくなりがちとなっている。
【0033】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、耐衝撃性を向上させ得、A−RRO(いわゆる軸の揺動運動)を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかも電流ロスを押さえることができると共に小型化、薄型化が可能となるスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【0034】
また、他の発明は、耐衝撃性を向上させ得、A−RROを小さくでき、しかもスラスト側の動圧溝の設置位置の自由度が増し、動圧効果を適切なものとすることができると共に小型化、薄型化が可能となるスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を提供することを目的とする。さらに、他の発明は、耐衝撃性を向上させ得、A−RROを小さくできると共に温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかもシャフトが軸受けに衝突してしまうのを防止できるスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を提供することを目的とする。また、他の発明は、耐衝撃性を向上させ得、A−RROを小さくできると共に小型化、薄型化を可能とするスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【0035】
さらに、他の発明は、A−RRO(いわゆる軸の揺動運動)を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかも電流ロスを押さえることができるスピンドルモータを提供することを目的とする。また、他の発明は、薄型化しても、ベースに対するシャフトの垂直度を維持できるスピンドルモータを提供することを目的とする。
【0036】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、スリーブとハブとこのハブに固定される磁石とを有するロータと、を有し、磁石とステータとの間の磁気的相互作用によってロータが回転することとなるスピンドルモータにおいて、シャフトのベースとは反対側の端部に設けられ、シャフト部分の径より大径となる円形状のスラスト板とシャフトとをステンレス鋼にて一体形成して第1の一体部材とし、スリーブとハブとをアルミシリコン合金にて一体形成して第2の一体部材とし、第1の一体部材の線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、第2の一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で14×10−6プラス/マイナス5%以内とし、スラスト板部分の軸方向厚さを0.15〜0.35mmとし、第2の一体部材の硬度を第1の一体部材の硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる第2の一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設け、スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共にスリーブの中心孔を塞ぐようにハブに固定して設けられたカウンタープレートのスラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第1のスラスト動圧溝を設け、スラスト板の第1のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向するスリーブ部分に、第2のスラスト動圧溝を設けている。
【0037】
この発明のスピンドルモータは、2つの相対回転部分を共に一体部材としている。すなわち、スリーブとハブとを一体化し、一体部材とし、かつシャフトとスラスト板とを一体化し一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。また、スリーブ側の一体部材とシャフト側の一体部材の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。加えて、スリーブとハブとが一体部材で構成されているので、ハブのスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0038】
また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、この第1の一体部材を組み込むことが可能となる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部(動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと)によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0039】
さらに、スラスト板部分の軸方向厚さを0.15〜0.35mmとしているので、電流ロスが一層低減される。また、スラスト軸受用の動圧溝をスラスト板に対向するカウンタプレートとスリーブとに設けているので、スラスト板という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、動圧溝の設置位置や設計の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなると共にコストの低減化も可能となる。
【0040】
他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、ステータとの間の磁気的相互作用によって回転すると共にスリーブと一体回転するロータと、を有するスピンドルモータにおいて、シャフトのベースとは反対側の端部に設けられ、シャフト部分の径より大径となる円形状のスラスト板とシャフトとをステンレス鋼にて一体形成して第1の一体部材とし、スリーブとハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して第2の一体部材とし、第1の一体部材の線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、第2の一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で14×10−6プラス/マイナス5%以内とし、第2の一体部材の硬度を第1の一体部材の硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる第2の一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設け、スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共にスリーブの中心孔を塞ぐようにハブに固定して設けられたカウンタープレートのスラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第1のスラスト動圧溝を設け、スラスト板の第1のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向するスリーブ部分に、第2のスラスト動圧溝を設けている。
【0041】
この発明のスピンドルモータは、2つの相対回転部分を共に一体部材としている。すなわち、スリーブとハブとを一体化し、一体部材とし、かつシャフトとスラスト板とを一体化し一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。また、スリーブ側の一体部材とシャフト側の一体部材の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。加えて、スリーブとハブとが一体部材で構成されているので、ハブのスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0042】
また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、この第1の一体部材を組み込むことが可能となる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部(動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと)によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0043】
他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、ステータとの間の磁気的相互作用によって回転すると共にスリーブと一体回転するロータと、を有するスピンドルモータにおいて、シャフトをステンレス鋼にて形成し、スリーブとハブとをアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、シャフトの線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で11×10−6〜15×10−6とし、一体部材の硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0044】
この発明のスピンドルモータは、スリーブとハブとを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。また、スリーブ側の一体部材とシャフトの各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。加えて、スリーブとハブとが一体部材で構成されているので、ハブのスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0045】
また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、シャフトの径に比べ大径のスラスト板をシャフトと一体的に設けたとしても、その一体部材を容易に組み込むことが可能となる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部(動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと)によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0046】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、ステータとの間の磁気的相互作用によって回転すると共にスリーブと一体回転するロータと、を有するスピンドルモータにおいて、スリーブとハブとを、Alが65〜69重量%、Siが28〜32重量%、Cuその他が1〜5重量%で構成されるアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、この一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定でシャフトの線膨張係数に対して1×10−6〜7×10−6だけ小さくし、一体部材の硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0047】
この発明のスピンドルモータは、スリーブとハブとを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。また、スリーブ側の一体部材とシャフト側の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。しかも、スリーブとハブとが一体部材で構成されているので、ハブのスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0048】
また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、シャフトの径に比べ大径のスラスト板をシャフトと一体的に設けたとしても、その一体部材を容易に組み込むことが可能となる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部(動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと)によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0049】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、ステータとの間の磁気的相互作用によって回転すると共にスリーブと一体回転するロータと、を有するスピンドルモータにおいて、シャフトのベースとは反対側の端部に円形状のスラスト板を設け、スリーブとハブとをアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、シャフトを、Crを10.5〜32重量%、Niを4〜13重量%含有した鉄系合金となるステンレス鋼で形成し、一体部材のシャフトと対向する部分であるスリーブの内面に、ラジアル軸受用の動圧溝を設け、スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共にスリーブの中心孔を塞ぐようにハブに固定して設けられたカウンタープレートのスラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第1のスラスト動圧溝を設け、スラスト板の第1のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向するスリーブ部分に、第2のスラスト動圧溝を設けている。
【0050】
この発明のスピンドルモータは、スリーブとハブとを一体化し一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。また、スラスト軸受用の動圧溝をスラスト板に対向するカウンタプレートとスリーブとに設けているので、スラスト板という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、動圧溝の設置位置や設計の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなると共にコストの低減化も可能となる。また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、スラスト板とシャフトとを一体部材とし、かつスラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、この部材を組み込むことが可能となる。
【0051】
さらに、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、ステータとの間の磁気的相互作用によって回転すると共にスリーブと一体回転するロータと、を有するスピンドルモータにおいて、スリーブとハブとを、少なくとも0℃〜100℃の温度範囲で、温度が高くなるほど線膨張係数が大きくなる、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、シャフトの線膨張係数を一体部材の線膨張係数より大きくかつ上記温度範囲で一定とし、一体部材の硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0052】
この発明のスピンドルモータは、スリーブとハブとを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。また、その一体部材を、少なくとも0℃〜100℃の温度範囲で、温度が高くなるほど線膨張係数が大きくなる、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金とし、シャフトの線膨張係数をその一体部材の線膨張係数より大きくかつ上記温度範囲で一定としているので、温度が高くなると、スリーブ内の動圧溝の間隙が狭くなり、軸受けの剛性力が維持されると共に、スリーブとシャフトとが接触してしまう危険性を大きく軽減することができる。また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、シャフトの径に比べ大径のスラスト板をシャフトと一体的に設けたとしても、この部材を組み込むことが可能となる。なお、ここで、線膨張係数が一定とは、全く変化しないもののみならず、アルミシリコン合金に比べ、その変化が5分の1程度以下のものを含むものとする。
【0053】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するハブと、ベースに固定されるステータと、ステータとの間の磁気的相互作用によって回転すると共にスリーブと一体回転するロータと、を有するスピンドルモータにおいて、シャフトのベースとは反対側の端部に設けられた円形状のスラスト板であって、シャフトの径より大径のスラスト板とシャフトとをステンレス鋼にて一体形成して一体部材とし、スラスト板部分の軸方向厚さを0.1〜0.7mmとしている。
【0054】
この発明のスピンドルモータでは、シャフトとスラスト板を一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを小さくすることができる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。加えて、一体部材のスラスト板部分の軸方向厚さを0.1〜0.7mmとしているので、スラスト軸受けの機能を十分満足させつつ、モータの軸方向長さを一層小さくでき、一層の小型化、薄型化が可能となる。また、スラスト板部分を薄くすることで、電流ロスを低減させることができる。さらに、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、この第1の一体部材を組み込むことが可能となる。
【0055】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータにおいて、シャフトをステンレス鋼にて形成し、スリーブを含むロータをアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、シャフトの線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で11×10−6〜15×10−6とし、一体部材の硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0056】
この発明のスピンドルモータは、スリーブを含むロータを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。また、スリーブ側の一体部材とシャフト側の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなり、電流ロスを小さくすることができる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0057】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータにおいて、スリーブを含むロータを、Alが65〜69重量%、Siが28〜32重量%、Cuその他が1〜5重量%で構成されるアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、この一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定でシャフトの線膨張係数に対して1×10−6〜7×10−6だけ小さくし、一体部材の硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0058】
この発明のスピンドルモータは、スリーブを含むロータを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。また、スリーブ側の一体部材とシャフト側の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなり、電流ロスを小さくすることができる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0059】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータにおいて、スリーブとロータとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、この一体部材の線膨張係数を10×10−6〜17×10−6であってシャフトの線膨張係数以下の一体部材の硬度をシャフトの硬度以下とし、同等またはよりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0060】
このスピンドルモータは、スリーブとハブとを一体化しているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、スピンドルモータの小型化、薄型化も可能となるので、このスピンドルモータが組み込まれる装置の小型化、薄型化が可能となる。また、スリーブ側の一体部材の線膨張係数をシャフト側以下とした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。加えて、スリーブとハブとが一体部材で構成されているので、ハブのスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0061】
また、使用されているスピンドルモータは、軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径のスラスト板をシャフトと一体的に設けたとしても、この部材を組み込むことが可能となる。また、硬度が同等またはよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部(動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと)によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトと同等またはよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつきにくく、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0062】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータにおいて、シャフトのベースとは反対側の端部に設けられる円形状のスラスト板とシャフトとをステンレス鋼にて一体形成して第1の一体部材とし、スリーブとロータとをアルミシリコン合金にて一体形成して第2の一体部材とし、第2の一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で10×10−6〜17×10−6であって第1の一体部材の線膨張係数以下とし、第2の一体部材の硬度を第1の一体部材の硬度以下とし、同等またはよりやわらかな部材となる第2の一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0063】
このスピンドルモータは、2つの相対回転部分を共に一体部材としている。すなわち、スリーブとロータとを一体化し、一体部材とし、かつシャフトとスラスト板とを一体化し一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、スピンドルモータの小型化、薄型化も可能となる。また、スリーブ側の一体部材の線膨張係数をシャフト側以下とした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。加えて、スリーブとハブとが一体部材で構成されているので、ハブのスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0064】
また、このスピンドルモータは軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、この第1の一体部材を組み込むことが可能となる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部(動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと)によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0065】
また、他の発明のスピンドルモータは、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータにおいて、スリーブとロータとを、Alが65〜84重量%、Siが15〜32重量%、Cuその他が1〜5重量%で構成されるアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、この一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定でシャフトの線膨張係数に対して0〜7×10−6だけ小さくし、一体部材の硬度をシャフトの硬度以下とし、同等またはよりやわらかな部材となる一体部材側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【0066】
このスピンドルモータでは、スリーブとロータとを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることから、ロータ部分のA−RROを非常に小さくできる。しかも、スピンドルモータの小型化、薄型化も可能となる。また、スリーブ側の一体部材の線膨張係数をシャフト側以下とした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。加えて、スリーブとロータとが一体部材で構成されているので、ロータ部分のスリーブに対する固定を考慮する必要がなくなり、コアやコイル巻線のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。
【0067】
また、このスピンドルモータは軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径のスラスト板をシャフトと一体的に設けたとしても、この一体部材を組み込むことが可能となる。また、硬度が同等またはよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトと同等またはよりやわらかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつきにくく、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【0068】
また、他の発明のスピンドルモータは、上述のスピンドルモータの発明に加え、シャフトとスリーブとの間に、温度が高くなる程粘性が低くなる物質を入れ、一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定でシャフトの線膨張係数に対し1×10−6〜7×10−6だけ小さくしている。
【0069】
この発明では、油など、温度が高くなる程粘性が低くなる物質を動圧に用いた場合に特に効果が発生する。温度が上昇した場合、この発明では、シャフトとスリーブとの間の隙間が小さくなるため、動圧物質の粘性が落ちても軸受剛性は低下しない。
【0070】
また、他の発明は、上述の発明のスピンドルモータに加え、シャフトとスリーブの間に空気を入れ、一体部材とシャフトの各線膨張係数を同一にしている。この発明では、空気動圧軸受を有するスピンドルモータとなり、しかも、温度上昇がなされても動圧特性は劣化しないものとなる。
【0071】
さらに、他の発明のスピンドルモータは、上述の各発明のスピンドルモータに加え、ロータは、スリーブと一体的に設けられるハブ部分を有している。この発明では、スリーブと一体的に設けられているハブ部分を有しているので、そのハブ部分にディスクを載置することで、ディスクを回転させることができる。
【0072】
また、本発明のディスク駆動装置は、請求項1から15のいずれか1項記載のスピンドルモータをディスクを回転させるための駆動機構として採用している。
【0073】
このディスク駆動装置では、使用しているスピンドルモータの軸受部分のスリーブとハブまたはスリーブとロータとを一体化し、一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなることからA−RROを非常に小さくできる。しかも、モータの小型化、薄型化が可能となる。また、種々の対策によって軸受けの剛性力を維持させているので、スリーブとシャフトとが接触してしまう危険性を大きく軽減することができる。また、このスピンドルモータは、軸固定型であるため、シャフトの径に比べ大径のスラスト板をシャフトと一体的に設けたとしても、このスラスト板とシャフトが一体となる一体部材を組み込むことが可能となる。
【0074】
また、本発明のスピンドルモータの製造方法は、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されるステータと、ロータに固定される磁石とを備え、磁石とステータとの間の磁気的相互作用によってロータが回転することとなるスピンドルモータの製造方法において、シャフトとベースの軸方向厚さを完成状態に比べ厚くしておき、シャフトをベースに組み込んだ後に、シャフトの底側の一部とベースの底側の一部とを、同時にかつ両者の切り取り面が一定の平面となるように切り取り、完成状態の厚さとしている。
【0075】
この製造方法を採用すると、軸固定型のスピンドルモータであって、軸方向厚さが薄いものでも、ベースに対するシャフトの垂直度を十分出すことができる。すなわち、薄型化への対応を簡単に行うことができることとなる。
【0076】
また、他の発明のスピンドルモータの製造方法は、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータの製造方法において、シャフトとベースの軸方向厚さを完成状態に比べ厚くしておき、シャフトをベースに組み込んだ後に、シャフトの底側の一部とベースの底側の一部とを、同時にかつ両者の切り取り面が一定の平面となるように切り取り、完成状態の厚さとしている。
【0077】
この製造方法を採用すると、軸固定型のスピンドルモータであって、軸方向厚さが薄いものでも、ベースに対するシャフトの垂直度を十分出すことができる。すなわち、薄型化への対応を簡単に行うことができることとなる。
【0078】
さらに、他の発明のスピンドルモータの製造方法は、金属製のベースと、このベースに固定される金属性のシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータの製造方法において、シャフトをベースに組み込んだ後に、ベースに電流を流し、シャフトとベースの接触部分を分子間結合させている。
【0079】
この製造方法を採用すると、ベースとシャフトの固定を容易かつ強固なものとすることができる。特に、分子間結合によってシャフトとベースとが一部材化することになるので、従来の圧入のみに比べ、強度に優れ、薄型化にも対応可能となる。
【0080】
また、他の発明のスピンドルモータの製造方法は、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、このスリーブと一体回転するロータと、ベースに固定されロータとの間の磁気的相互作用によってロータを回転させることとなるステータと、を有するスピンドルモータの製造方法において、スリーブとロータ、またはスリーブとロータの一部となるハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成した一体部材から構成し、その一体部材は、シリコンの含有量を調節することで、その線膨張係数を10×10−6〜17×10−6の範囲内とすると共に、アルミニウム粉とシリコン粉とを混合して焼結した後、鍛造にて形成している。
【0081】
この製造方法を採用すると、アトマイズ法によって形成されるアルミシリコン合金では固すぎて採用できなかった鍛造を採用でき、製造効率のアップ、コストの低減化を図ることができる。
【0082】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るスピンドルモータについて、図面を参照しながら説明する。なお、スピンドルモータを搭載したディスク駆動装置に関しては、スピンドルモータおよびその周辺のみを説明し、ディスク情報を読み取ったり、書き込んだりするヘッド部分、スピンドルモータやそのヘッド部分等を制御する制御回路等の回路部分および他の機構部分は、従来のディスク装置と同様であり、その説明を省略する。
【0083】
この実施の形態に係るスピンドルモータ10は、軸固定型のスピンドルモータで、HDDに搭載されているものである。このスピンドルモータ10では、図1に示すように、アルミニウム等の金属や機能性樹脂等の固い樹脂材からなるベース1にシャフト2が圧入、焼きバメ、接着、溶接、電流利用による分子間結合などの各種の固定方法の1つまたは複数を利用して固定されている。シャフト2の先端側(図1では上側)にスラスト板3がシャフト2と一体的設けられており、スラスト板部とされている。すなわち、シャフト2とスラスト板3は、一部品から構成される一体部材とされている。後述の第2の一体部材との関係から、以下ではこの一体部材を第1の一体部材と呼ぶこととする。
【0084】
なお、スラスト板3を別部材で形成し、シャフト2に圧入、焼きバメ、接着、溶接、電流を利用した分子間結合などの各種の固定方法の1つまたは複数を利用して固定するようにしても良い。
【0085】
この第1の一体部材は、18重量%のCrと8重量%のNiを含有した鉄系の合金であるステンレス鋼(SUS−304)から形成されている。第1の一体部材は、この棒状のSUS−304の外周を切削することで、円柱状のシャフト2の部分と円形状(具体的には偏平な円柱状)のスラスト板3の部分が形成されている。このスラスト板3部分の軸方向厚さは、0.3mmとされているが、0.1〜0.7mmの範囲とすれば、強度の面と電流ロス減少の面で好ましいものとなる。なお、この範囲は、0.15〜0.35mmとすれば、さらに好ましいものとなる。
【0086】
この第1の一体部材の線膨張係数は、16.4×10−6とされ、ビッカース(硬度)は約196とされている。なお、第1の一体部材としてはSUS−300系であれば、他のものでも良い。すなわち、Crを10.5〜32重量%、Niを4〜13重量%含有した鉄系合金であれば良い。ただし、線膨張係数としては17×10−6プラス/マイナス5%以内が好ましい。なお、線膨張係数とは、固体における長さの変化に関する線膨張率で、lを長さ、loを0℃における長さ、θを温度としたとき、(dl/dθ)/loの値を指す。なお、第1の一体部材となるシャフト側(SUS−304)の線膨張係数は、0℃〜100℃の範囲で略一定になっている。なお、ここで述べる一定とは、全く変化しないもののみならず、後述する第2の一体部材に比べ、その変化が5分の1程度以下のものも含むものとする。
【0087】
ベース1の中央には円筒状の円筒部1aが設けられ、その円筒部1aの外周には、中央の孔部分が円筒部1aに嵌り込む薄型状の磁性金属板が積層された状態で配置され、コア4を形成している。コア4の固定は、接着、圧入、かしめなどのいずれか1つまたは複数を組み合わせてなされる。このコア4には、径方向にのびる複数の突極が周方向に所定間隔にて形成されており、その各突極にはコイル巻線5が施されている。このコア4とコイル巻線5が収納される収納空間Sは、後述するような理由によって、従来のものに比べ広くすることが可能とされている。なお、ベース1と、コア4とコイル巻線5等によってスピンドルモータ10のステータが構成されている。
【0088】
第1の一体部材の周囲には、軸受けとなる円筒状のスリーブ11部分と円盤状のハブ12部分とが一体形成された第2の一体部材が配置されている。この第2の一体部材は、Alが67〜68重量%で、Siが30重量%で、Cuその他が2〜3重量%のアルミシリコン合金とされ、熱処理が施されたものである。
【0089】
熱処理としては、種々なものが採用できるが、この実施の形態では、T6処理のものとT1処理のものとを採用している。T6処理とは、溶体化処理、すなわちほとんど溶ける直前にまで温度を上げてから急冷する処理(焼き入れ処理)をし、その後、人工時効硬化処理、すなわち特定の時間、温度をかけ続け、ゆっくりと冷ます処理(焼きもどし処理)を行う処理のことを指す。また、T1処理とは、高温加工から冷却した後、常温で時効硬化させる処理のことをいう。なお、動圧軸受装置としては、T6処理の方が好ましい。
【0090】
このアルミシリコン合金の密度は、2.6g/cm3で、A6061等の従来から知られているアルミ合金の2.7g/cm3よりわずかに軽いものとなっている。また線膨張係数は、T6処理の場合、0℃〜100℃の範囲の測定で、14×10−6となり、そのうち40℃〜100℃の範囲の測定で、14.7×10−6となり、100℃〜200℃の範囲の測定で、16.0×10−6となり、200℃〜300℃の範囲の測定で、17.6×10−6となり、300℃〜400℃の範囲の測定で、19.0×10−6となる。また、T1処理の場合、0℃〜100℃の範囲の測定で、13.2×10−6となり、40℃〜100℃の範囲での測定で、13.6×10−6となり、100℃〜200℃の範囲の測定で、15.7×10−6となり、200℃〜300℃の範囲の測定で、16.6×10−6となり、300℃〜400℃の範囲の測定で18.7×10−6となる。これらの測定中、40℃〜400℃の範囲については、示差膨張測定によって、室温から400℃の範囲で、昇温速度は毎分10℃で、窒素気流中という条件で行ったものである。
【0091】
このように、この第2の一体部材となるアルミシリコン合金は、その線膨張係数が、温度が高くなるほど、その値が高くなる(40℃〜400℃の範囲では、T6処理の場合、平均すると、10℃当たり、約0.15×10−6の割合で、T1処理の場合、10℃当たり、約0.15〜0.18×10−6の割合)ような性質を有するものである。この線膨張係数は、測定誤差や含有金属割合のわずかな変更等を考慮すると、第1の一体部材側との関係では、0℃〜100℃の範囲の測定で、14×10−6や13.2×10−6とせず、これらの値のプラス/マイナス5%以内であれば良い。
【0092】
また、小さい側の値をSUS−400系と同等の10×10−6とし、大きい側の値をSUS−300系と同程度となる17×10−6とし、この範囲内となるアルミシリコン合金としても良い。特に、動圧力の発生を空気とする場合、動圧溝を形成する隙間は、温度変化に対して常に同一となるようにしても良いので、シャフト2をSUS−400系とした場合、アルミシリコン合金の線膨張係数をSUS−400系と同一としても良く、シャフト2をSUS−300系とした場合、アルミシリコン合金(第2の一体部材)の線膨張係数をSUS−300系と同一としても良い。また、100℃付近で、T6処理の場合、好ましくは15.3×10−6のプラス/マイナス5%以内であれば良いが、その範囲を広げても良い。いずれにしても、アルミシリコン合金の線膨張係数は、シャフト2と同等またはシャフト2より小さいものとするのが好ましい。
【0093】
また、その材料配分としては、Alが60〜90重量%で、Siが9〜39重量%で、Cuその他が1〜5重量%としても、十分に従来の材料に比べて良い特性を得ることができる。また、Siが20重量%でAlが75〜79重量%で、Cuその他が1〜5重量%とすると、0℃〜100℃の範囲で線膨張係数は17×10−6程度となる。この配合のアルミシリコン合金を第2の一体部材とし、シャフトをSUS−300系とし、空気を動圧発生に用いると、動圧軸受装置として十分な性能が得られる。なお、実験結果から判断すると、Alが65〜84重量%でSiが15〜32重量%でCuその他が1〜5重量%が好ましく、シャフト2をSUS−300系とし、動圧として油を用いた場合には、Alが65〜69重量%で、Siが28〜32重量%で、Cuその他が1〜5重量%の範囲のアルミシリコン合金が相性としては好ましい。このように、アルミシリコン合金の線膨張係数を、0℃〜100℃の範囲の測定で、10×10−6〜17×10−6の範囲としたり、14×10−6のプラス/マイナス5%以内とするには、珪素(Si)の含有量やCuその他のものの含有量によっても調節することができる。
【0094】
第2の一体部材は、上述のような線膨張係数を有する、新たに開発されたアルミシリコン合金とされている。その硬さは、第1の一体部材と同等またはよりやわらかなものとされ、その硬度はビッカース硬さで約114〜165〔kg/mm〕とされている。なお、硬度は、ビッカース硬さで80以上あれば、第2の一体部材側の回転開始、回転停止時における両一体部材の衝突に際しても、この第2の一体部材側がへこんでしまうことは無い。また、硬度は、熱処理の方法、条件によって変動するもので、装置として求められる値をこの範囲(ビッカース硬さ114〜165〔kg/mm〕)から適宜得ることができる。なお、熱処理を施さない押し出し部材のままの場合は、ビッカース硬さで114〔kg/mm〕で、熱処理を施すことで得られる本第2の一体部材は、ビッカース硬さで165〔kg/mm〕となっている。熱処理の方法を変えることで、さらに若干は硬さを高くすることができる。この第2の一体部材は、押し出し部材を熱間鍛造で所定の形状とし、その後にT6処理またはT1処理の熱処理を加えている。
【0095】
第2の一体部材のスリーブ11部分には、その中心孔の一端(図1の上方)側を塞ぐように円板状の金属製のカウンタプレート13が固定されている。この固定は、図2に示すように、第2の一体部材のスリーブ11の上端側の上方段部平面部11aにカウンタプレート13を載置した後、スリーブ11側をかしめることによって、このカウンタプレート13を押さえ込む方法によって行われる。かしめ部分を11bとして示す。なお、このかしめ作業の後、そのかしめ部11bに接着剤を塗布するようにしても良い。
【0096】
第2の一体部材のスリーブ11部分には、上述の上方段部平面部11a、かしめ部分11b以外に、カウンタプレート13の外周が係合する大径のスリーブ内径部11cと、スラスト板3部分の外周が対向する小径のスリーブ内径部11dと、スラスト板3部分の外周に突出した部分における図1の下方面が対向する下方段部平面部11eと、シャフト2部分と対向すると共に、最も小径となるシャフト対向内面部11fとが形成されている。
【0097】
アルミシリコン合金で形成された第2の一体部材のハブ12部分には、ハードディスクであるディスク14を載置するためのディスク載置用の段部12aと、円筒状の磁性金属からなるヨーク15やそのヨーク15に固定される円筒状の磁石16を接着、圧入、かしめなどによって同心上に固定保持する大径円筒部12bと、ディスク14を載置するディスク載置部12cと、ディスク14をディスク載置部12cに載置した状態で固定するためのねじ17を挿通するためのねじ孔12dと、ディスク14をディスク載置部12cとの間にはさみ込むためのクランパ18が載置されるクランパ載置部12eと、クランパ18の中央孔が嵌り込むクランパ嵌合段部12fと、コイル巻線5のスペースを十分確保するために凹状にくぼんだコイル対向凹部12gとが形成されている。なお、通常、第2の一体部材と、カウンタプレート13と、ヨーク15と、磁石16等によってスピンドルモータ10のロータ部分が構成されるが、この明細書におけるロータとは、通常の意味でのロータからスリーブ11部分を除くものとして使用する。
【0098】
この第2の一体部材の材料となるアルミシリコン合金は、上述したような材料配分とされるが、この製造方法は、図3に示すとおりである。すなわち、まずアトマイズ法によってアルミ合金の急冷凝固粉末を製造する(ステップS51)。アトマイズ法としては、ガスアトマイズ法、超音波ガスアトマイズ法等が採用される。
【0099】
この急冷凝固粉末は、アルミニウムとケイ素とからなる合金の溶湯をタンディッシュ(底に穴を有する容器)から流出させると同時に、その溶湯流に噴霧媒(気体あるいは液体)のジェットを衝突させ、その溶湯が飛散して微細な液滴となった後に熱を奪われることで凝固して形成される。この粉末粒は、例えば、2μm程度の径の多数のシリコンを含む100μm程度の径のものとされる。
【0100】
その後、セラミックスと特殊合金粉末からなる添加物を添加し(ステップS52)、最終材料が、Alが67〜68重量%で、Siが30重量%で、Cu(銅)その他が2〜3重量%となるように、急冷凝固粉末と混合する。そして、熱間プレスによってビレット状の圧粉体を得る(ステップS53)。その後、真空中あるいは非酸化性雰囲気中で加熱して粉末の各表面に吸着している酸化物や非酸化物を吸着した水分などを除去する脱ガス処理を行う(ステップS54)。次に、熱間押出しを行う(ステップS55)ことで、押出材が得られる。この押出材を加工して第2の一体部材を形成する。この後、適宜、熱処理を行う。
【0101】
得られるアルミシリコン合金の線膨張係数は、珪素(Si)の含有率によって変化する。この実施の形態では、珪素が30重量%含有されており、0℃〜100℃の範囲の測定で、約14×10−6の線膨張係数を有している。珪素の含有率をさらに高めていくと、線膨張係数は、比例的に低下していき、珪素の含有率が約36%となると、約13×10−6の線膨張係数となり、珪素の含有率が約44〜48%となると、10×10−6の線膨張係数(これはSUS−400系の線膨張係数と同程度)となり、珪素の含有量が約20%となると、17×10−6の線膨張係数(これはSUS−300系の線膨張係数と同程度)となる。なお、珪素のみを変化させるのではなく、珪素にニッケルをまぜ、この珪素とニッケルの合計量を30重量%から徐々に上げていくようにして、線膨張率を下げるようにしても良い。
【0102】
ディスク14は、このスピンドルモータ10がディスク駆動装置に搭載されるに際して取り付けされる。この取り付けは、ディスク14をディスク載置部12cに載置した後、クランパ18をクランパ載置部12eに載置し、ねじ17をねじ孔12dに挿通しつつねじ17を締めることによって取り付けがなされる。この実施の形態のディスク14は、2.5インチハードディスク用のディスクとされている。
【0103】
シャフト2とスラスト板3とが一体形成された第1の一体部材と、スリーブ11とハブ12とが一体形成された第2の一体部材との間のわずかな隙間であって、後述する動圧溝が形成されている部分には、動圧用の油が入れられ、その油がスリーブ11部分から外に漏出しないように保持される。
【0104】
このシャフト2部分の外周面とスリーブ11部分のシャフト対向内面部11fとの間の隙間は2〜4μmとされている。一般的には、シャフト2部分の径が4mmであると、その隙間は4μm、3mmであると、隙間は3μmというように、隙間の大きさはシャフト2部分の径の1000分の1とされている。この実施の形態では、シャフト2部分の径が2.5mmで、シャフト2部分とシャフト対向内面部11fとの間の隙間は2.5μmとされている。また、スラスト板3部分とカウンタプレート13との間の隙間や、スラスト板3部分とスリーブ11部分との間の隙間も同様に2.5μmとされている。
【0105】
シャフト対向内面部11fには、ラジアル軸受用の動圧溝が2つ設けられている。すなわち、シャフト対向内面部11fの一端側(図1で上方側)には、第2の一体部材のラジアル方向の動きを規制する第1のラジアル動圧溝21が設けられ、他端側(図1で下方側)には、同様の機能を有する第2のラジアル動圧溝22が設けられている。
【0106】
また、スラスト板3部分を覆うカウンタプレート13のスラスト板3と対向する位置であってスラスト板3のシャフト2部分から外周方向に突出した部分に対向する位置に、第2の一体部材のスラスト方向の動きを規制する第1のスラスト動圧溝23が設けられている。また、スリーブ11部分の下方段部平面部11e、すなわちスラスト板3部分のシャフト12部分から外周方向に突出した部分の平面部に対向する位置に、同様の機能を有する第2のスラスト動圧溝24が設けられている。
【0107】
第1と第2のラジアル動圧溝21,22は、図1、図2に示すように、複数の>形の溝が周方向に並列して設けられ、シャフト対向内面部11f内を一周するように形成されている。第1と第2のスラスト動圧溝23,24は、共に、多数の>形の溝が円形状に並んで配置されたものとされている。この動圧溝21,22,23,24の各形状は、他の形状としても良い。たとえば、スラスト動圧溝を径が異なる円を同心状に並べたものとしたり渦巻き状のものとしたり、ラジアル動圧溝の各溝を>状とせず単に直線状の斜め線(/)の溝とする構成としても良い。
【0108】
各動圧溝21,22,23,24は、プレス加工、エッチング加工、切削加工、ボール転造などの転造加工、放電加工等によって形成される。動圧用の油は、上述した第1のラジアル動圧溝21、第2のラジアル動圧溝22、第1のスラスト動圧溝23、第2のスラスト動圧溝24の各溝部分に施され、その各溝21,22,23,24が油で満たされるようにされている。
【0109】
以上のように構成されるスピンドルモータ10の組み立て順序について、以下に説明する。
【0110】
まず、ハブ12を有する第2の一体部材に、スラスト板3を一体成形したシャフト(第1の一体部材)を挿入する。次に、大径のスリーブ内径部11cに、その外周が対向するようにかつ上方段部平面部11aに接触するようにカウンタプレート13を配置した後、スリーブ11部分に対してカウンタプレートをかしめ固定する。そして、必要により接着剤をかしめ部分11bに付与する。その後、第1の一体部材と第2の一体部材の間の隙間(この例では、約2.5μm)を、真空装置を利用して、動圧用の油で満たす。なお、第2の一体部材に対しては、ヨーク15や磁石16が、事前に圧入、接着、かしめなどによって同心上に固定されている。
【0111】
一方、ベース1に対してコア4を接着、圧入、かしめなどによって固定し、コイル巻線5を突極に巻くことでステータが形成される。なお、コア4にコイル巻線5を施した後に、ベース1にコア4を固定するようにしても良い。このステータを構成するベース1の中央孔に対して、先ほどのシャフト2が圧入、焼きバメ、接着、溶接、電流を利用した分子間結合を利用した固定などの1つまたは複数を組み合わせた方法で固定される。ここで、電流を利用した分子間結合の固定とは、シャフト2をベース1の中央孔に圧入した後、ベース1に対して電流を流し、シャフト2とベース1の接触部分を分子的に結合させる方法をいう。
【0112】
この組み込み状態では、シャフト2の長さやシャフト2が圧入されるベース1部分の軸方向厚さは、完成状態に比べ、大きくされている。そのため、組み込み後に、ベース1とシャフト2の底側の一部が切削により、切り取られ、完成状態の大きさとされる。これによってスピンドルモータ10が完成する。この組み込み方法を採用しているのは、精度の良い垂直度を得るためである。精度の良い垂直度を得るには、シャフト2の径と同程度の圧入しろが必要とされている。2.5インチハードディスク用のこのスピンドルモータ10のシャフト2の径は、2.5mm程度であることから、ベース1のシャフト2の圧入部分の厚さを一旦、2.5mmとし、垂直度を十分出した後に、1.5mm程度を切り取り、ベース1の底部分の最終形態での厚さを1mmとし、薄型化している。なお、分子間結合を利用する場合は、上述の切削工程を不要としても良い。
【0113】
このような組み立て方法を採用することで、ベース1に対するシャフト2の垂直度を維持すると共に、薄型化を達成している。また、ベース1の底側を切り取るので、ベース1の中央孔の外方端に面取りを施す作業が不要となる。なお、この組み立て方法(シャフト2を圧入した後、切り取る方法)は、2.5インチ、1.8インチなど超小型、超薄型のハードディスク用のスピンドルモータに採用すると好ましいものである。
【0114】
このスピンドルモータ10をディスク駆動装置に搭載する際は、ディスク14をディスク載置部12cに載置し、ディスク載置部12cとの間でディスク14をはさみ込むようにしてクランパ18をクランパ載置部12eに載せる。その後、ねじ17によってクランパ18を締めつけ、ディスク14を固定する。この状態のスピンドルモータ10をディスク駆動装置内部に組み込み、他の機構、他の回路等を備えさせることでディスク駆動装置が完成する。
【0115】
次に、軸受けの基本動作を説明し、その説明と併せてこのスピンドルモータ10およびスピンドルモータ10を搭載したディスク駆動装置の各特性と従来装置の各特性を比較したものについて説明する。
【0116】
まず、軸受けの基本動作を説明するが、最初に評価の前提となるもの、すなわち油の粘度の変化、評価用軸受け装置、隙間の変化と軸受けの特性との関係について、図4から図9を参照しながら説明する。
【0117】
図4は、温度に対する油(動圧軸受けに使用される一般的な油)の動粘度の変化を示す。動粘度とは、粘度(絶対粘度)を密度で除した値で、たとえば、1mPa・s(ミリ・パスカル・セコンド)の粘度で、密度が1g/cm2であれば、1mm2/s(平方ミリメートル・パー・セコンド)の動粘度となる。なお、従来のセンチストークス(cSt)の単位とは、同数値となる。動粘度も、粘度同様、数値が大きいほど「粘り」があることとなり、硬いものとなる。
【0118】
図4に示すように、油の動粘度は、温度が上昇すると、急激に低下する。粘度の低下は、軸受け剛性、すなわち動圧力の低下をもたらす。このため、温度上昇時には、軸受け剛性を維持するために、シャフトと軸受けとの隙間を小さくする必要が生じる。しかし、隙間が過小であると、軸受け剛性が高くなりすぎ、後述するように、軸損トルクが増加したり、最悪の場合は、シャフトと軸受けとが接触してロック(回転不能)してしまう場合も生ずる。
【0119】
図5は、評価用軸受け装置を示す。この装置は、シャフト26の径L1が3mmで、上ラジアル動圧溝(上BRG)27の幅L2は、3mmで、下ラジアル動圧溝(下BRG)28の幅L3は、2mmとされ、図5で示される位置、方向に、横方向の外力F1として0.01Kgが加わっている。すなわち、上BRG27と下BRG28との間隔L4は、1mmとされ、その中間の位置から上BRG27側に1.5mm離れた位置に横方向の外力F1が加わるものとされている。また、下方には、径がシャフト26より大きくなるスラスト軸受け部が設けられている。また、シャフト26の回転数は、7200RPMとされている。このような油と評価用軸受け装置を用いて、シャフト2(シャフト26に相当)とスリーブ11(上BRG27と下BRG28に相当)のシャフト対向内面部11fとの間の隙間を、0.5μm単位で変化させた時の軸受け特性(離心率と軸損トルク)を解析した結果を図6から図9に示す。
【0120】
HDDの場合に、最も重要な特性はNRROであり、これには軸受け剛性が大きく影響する。軸受け剛性が小さい(低い)程、隙間が変化し離心率が大きくなるが、離心率の許容値は実験的、経験的に0.01程度である。離心率eとは、楕円がどれくらい偏平となっているかを表す指標で、楕円の中心から長手方向の外周までの長径をa、短手方向の外周までの短径をbとしたとき、次の数式1で定義されるものである。離心率eが0のとき真円となる。なお、軸受け剛性とは、Fをロータに作用する力の総和(外力の総和)とし、xをロータの変化量とすると、k=F/xで表されるkを指し、ここではその単位を〔kg・f/μm〕として示す。
【0121】
【数式1】
【0122】
図6に示される20℃のように温度が低い時は、離心率は比較的余裕があるが、高温では粘度が低下し、軸受け剛性が低くなるので、隙間は2〜3μmにしなけらえば使用に耐えることはできない。すなわち、図8の60℃や図9の80℃の場合のグラフに示されるように、高温となると上ラジアル動圧溝27(図1では、上側の第1のラジアル動圧溝21に相当)の部分での離心率eが3μm程度の隙間のときに0.01を超えてしまう。一方、隙間が過小の場合は、軸損トルクが増加したり、最悪の場合には、シャフト2とスリーブ11とが接触して回転不能となる場合も有り得る。ここで軸損トルクとは、軸(シャフト)が回転する際に、油の粘度等によって失われる軸トルクであり、その値は小さい程良い。ここでは、その単位を〔g・cm〕で示す。
【0123】
次に、軸受けの基本動作の一つである温度変化による剛性の変化について説明する。
【0124】
隙間は、シャフトやスリーブの熱膨張によっても変化する。シャフトとスリーブの材質の組み合わせによる温度変化に対する隙間の変化を図10に示す。動圧流体軸受けは、回転により油に圧力を発生させるが、隙間が小さいほど、また、油の粘度が高いほど、高い圧力を発生させることができる。油の粘度は、低温では高く、高温では低くなる。したがって、シャフトおよびスリーブの材質は、選定時に、シャフトの線膨張係数がスリーブのそれよりも大きくすれば高温にて隙間が減少するので、粘度低下による圧力低下を補うことができる。
【0125】
現在のスピンドルモータに採用されている材料と本発明で使用されるアルミシリコン合金をそれぞれシャフトとし、スリーブとした場合の組み合わせと、その特性は次のように整理される。まず、シャフトとスリーブとを同材質にすると、隙間は温度によって変化しない。隙間の長さが変化しないということは、シャフトの外径もスリーブの内径も共に大きくなりながら隙間が同じということであり、これは隙間部分の体積が増加することを示す。高温になると油の粘性は低下する。このため、隙間部分の体積の増加と油の粘性低下が生じ、軸受け剛性は悪化する。また、シャフトとスリーブとが同材質であると、シャフトとスリーブとが衝突した際にシャフトに傷がつき軸受け特性が悪化する。シャフトとスリーブとを同材質とすることはこのように欠点が多く採用するのは好ましくない。
【0126】
シャフトをSUS−400系とし、スリーブを真鍮(BsBn)あるいは青銅(Bronze)系とする組み合わせは加工性に関しては比較的良好となる。しかし、熱膨張的には高温になると隙間が増加し、油の粘性低下とともに、軸受け剛性は悪化に向かう。特に、1.8インチや2.5インチなどのように小型のHDDに使用されるスピンドルモータは軸受け剛性に余裕が無いため、各動圧溝部の隙間を極めて微小に設計しなければならない。しかし、要求される厳しい公差をクリアすることは困難であり、また、温度(低温)によってはシャフトとスリーブが干渉することが生じ、軸受けとしては機能しなくなる。また、スリーブの材質は、摩耗性に対して十分では無く、表面にニッケル/クロムなどのメッキが必要となる。このため、この組み合わせも問題ありと言える。
【0127】
シャフトをSS−300系とし、スリーブをSUS−400系とする組み合わせは熱膨張だけを考えると好ましい。すなわち、温度上昇に伴って隙間が減少するので、油の粘度低下による剛性の低下を補う効果を有する。しかし、従来の技術で詳述したように、スリーブをSUS−400系とすることは、その硬度が高いことから種々の問題が発生する。すなわち、高温になると、隙間が小さくなり、シャフトがスリーブに接触したり、ロックしたりする。また、内径の寸法、真円度、面相度、円筒度などの高精度加工や動圧溝加工が困難となる。内径寸法のバラツキが大きくなると、シャフトとの適正な隙間を得ることができず、測定による選別組み合わせをしなければならない。動圧溝加工においても溝深さの均一性や対称性が悪くなり、軸受け特性に悪い影響を及ぼす。このように、シャフトをSUS−300系とし、スリーブをSUS−400系とする組み合わせは、性能面、生産性、価格面などで問題を生ずる。
【0128】
シャフトをSUS−300系とし、スリーブを本発明の第2の一体部材で用いられているアルミシリコン合金とすると、図10に示す表に示されるように、温度が高くなると、隙間が少しずつ狭くなる。具体的に示せば、その隙間は、温度0℃で、0.2μm広くなり、20℃で変化0、40℃で0.2μm狭くなり、60℃で0.4μm狭くなり、80℃で0.6μm狭くなり、100℃で0.8μm狭くなる。この各値は、油の粘度低下による剛性の低下を補う上で最適な値となる。
【0129】
この図10で示す値は、シャフトの径を3mmとしたものであり、シャフトの径を他の値、たとえば、2.5mmや2mmとすると、シャフト側の膨張による増加量の絶対値が小さくなるため、隙間の変化量も小さくなる。しかし、一般的に、シャフトの径が小さい場合、軸受け剛性との関係では、隙間も小さくする必要があり、元々の隙間に対する隙間の変化量の割合は、シャフトの径が小さい場合もそれほどの変化はない。ただし、厳密に言えば、その割合は変化するので、シャフトをSUS−300系とし、スリーブを本発明のアルミシリコン合金とした場合であっても、両者の線膨張係数の差をシャフトの径によって異ならせる必要がある。上述の実施の形態では、両者の線膨張係数の差を、1.5×10−6〜4.5×10−6程度としているが、シャフトの径を2mm程度とすると、隙間は2μm程度となり、両者の差は7×10−6以下は必要とされ、逆に、シャフトの径を4mm程度とすると、隙間は4μm程度となり、両者の差は1×10−6以上あれば良いものとなる。
【0130】
次に、軸受けの基本動作の説明の最後として、消費電流と剛性の関係について説明する。
【0131】
軸受けの剛性と電流は、相反する条件となる。つまり、軸受けの剛性を大きくするためには、隙間を小さくしたり、油の粘度を高くしなければならない。一方、電流を小さくするため、すなわち損失トルクを小さくするためには、隙間を大きくしたり、油の粘度を低くしなければならない。同じ軸受剛性を維持しながら軸損トルクを小さくさせるためにはシャフトの径を小さくして隙間も小さくすれば良い。しかしながら、スリーブの内径が小さくなり、かつ公差もより厳しくなるので、従来から使用されている材質のように固い部材、たとえば真鍮やSUS−300系を従来よりさらに精度良く加工することは極めて困難となる。従来の材質を使用した場合は、シャフト径とスリーブ内径を全数測定し選別組み合わせをする必要が生ずるが、この方法は生産コストが大きく上昇する。しかも、スリーブ内径が小径となるため、その真円度も精度が悪くなって歩留まりも悪くなる。
【0132】
以上の考察を図11および図12を参照しながら説明する。なお、図11は、シャフトをSUS−400系とし、スリーブを真鍮とした場合を示し、図12は、本発明の構成、すなわち、シャフト2をSUS−304とし、スリーブ11を本発明に使用されるアルミシリコン合金とした場合を示す。
【0133】
図11に示すように、シャフトとしてSUS−400系を採用し、スリーブとして真鍮を採用した場合、温度が58℃当たりを越すと、上ラジアル動圧溝27における離心率eが許容限界値である0.01を越す。また、傾斜角が温度の上昇に伴い急激に大きくなる。ここで傾斜角とは、シャフトのベースに対する傾斜を指し、ベースに対して90度(垂直)の状態を0度としたものである。
【0134】
これに対して、本発明の組み合わせ(シャフト2に相当するシャフト26をSUS−300系とし、スリーブ11に相当する上BRG27および下BRG28を本発明のアルミシリコン合金としたもの)では、図12に示すように、温度が20℃から80℃の間において、離心率eが許容限界値である0.01内に入ることとなる。
【0135】
このように、本実施の形態において使用するアルミシリコン合金は、アルミニウムの基本特性としての加工性、耐食性、軽量、安価、高強度などを悪化させないで、線膨張係数がシャフト2の値よりも小さい値となる。すなわち、アルミニウムに珪素(Si)やその他の添加物を入れていくことにより、線膨張係数が低下していく性質を利用し、線膨張係数が0℃〜100℃の範囲の測定で、14×10−6プラス/マイナス5%以内のアルミシリコン合金としたものである。なお、このアルミシリコン合金の線膨張係数は、SUS−300系とSUS−400系の各線膨張係数の略中間の値、すなわち14×10−6となっている。加えて、このアルミシリコン合金は、0℃〜100℃の温度範囲で、約13.5〜約15.3×10−6となっており、かつその値は温度が高くなる程大きい値となる。なお、0℃〜100℃の温度範囲は、ハードディスク用モータとして必要とされる耐熱条件であり、使用温度環境でもある。
【0136】
本実施の形態で使用されるアルミシリコン合金(Siが30重量%で、Cuその他が2〜3重量%で残りがAl)の他の特性は、次のとおりである。引っ張り強度は46.6kgf/mm2、耐力は40.0kgf/mm2、ヤング率は9700kgf/mm2、硬度は150Hv(ビッカース硬さ)、密度は2.6g/cm3である。
【0137】
上述の実施の形態では、シャフト2とスラスト板3とをSUS−300系の一体部材とし、また、スリーブ11とハブ12とを上述のアルミシリコン合金の一体部材としているので、RRO(特にA−RRO)とNRROが共に非常に小さなものとなる。これはスリーブとハブとのはめ合いが無くなると共にシャフトとスラスト板とのはめ合いが無くなるためである。これによってスリーブ11部分とハブ12部分の直角度は完全に維持される。すなわち、スリーブとハブを一体材質とし、ハブ12部分のディスク載置部12cやその他の部分を同時加工すれば各部分の垂直度や水平度を高精度なものとすることができる。シャフト2とスラスト板3の一体部材についても同様である。
【0138】
また、両一体部材は、共にはめ込み構造でないので、耐衝撃性が向上すると共に、不均一な応力も働かず、時間的(経時的)にも温度的にも安定した精度を維持することが可能となる。また、この実施の形態では、スリーブ11部分とハブ12部分とが一体部材で構成されているので、ハブ12部分のスリーブ11部分に対する固定を考慮する必要がなくなり、コア4やコイル巻線5のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ11側にラジアル軸受用の動圧溝21,22を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブ11の内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができる。
【0139】
また、上述の実施の形態のスピンドルモータでは、回転部品やシャフト2の垂直度を高精度に維持できるものとなっているので、安定した動圧力が得られ、寿命も長くなる。また、両一体部材は、共にはめ込み構造でないので、耐熱衝撃性も向上する。
【0140】
また、スラスト軸受用の動圧溝23,24をスラスト板3に対向するカウンタプレート13とスリーブ11とに設けているので、スラスト板3という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、動圧溝の設置位置の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなると共に動圧溝の中心を出しやすいものとなる。
【0141】
また、この実施の形態では、その一体部材を線膨張係数が0℃〜100℃の範囲の測定で、14×10−6プラス/マイナス5%以内のアルミシリコン合金としているので、スリーブ11部分内に動圧溝を形成しやすくなると共に、シャフト2部分としてSUS300系を採用することができる。しかも、ハブ12の根元部分の厚さ(従来のモータのスリーブとハブとの結合部分におけるハブ側)を、載置されるディスク14の厚さの1.3倍としているので、ディスク14との一体回転がスムーズとなると共に、コア4やコイル巻線5の収納空間Sを大きくすることができる。収納空間Sを大きくすることで、電流ロスを抑えることができる。
【0142】
また、シャフト2のスラスト板3部分の軸方向厚さを0.3mmとしているので、すなわち従来に比べ1/3〜1/5としているので、スラスト軸受けの機能を十分満足させつつ、モータの軸方向長さを小さくでき、薄型化が可能になると共に電流ロスが大幅に減少する。
【0143】
また、このディスク駆動装置では、A−RROが小さくなり、軸受け剛性の変化が小さくなり、しかも電流ロスを抑えることができるので、ディスク14からの情報の読み取りやディスク14への情報の書き込みがミスなく行えるものとなると共に電池使用の際の長時間稼働を達成することができる。なお、A−RROの他のRROやNRROも非常に小さくなる。
【0144】
また、スラスト軸受用の動圧溝23,24をスラスト板3部分に対向するカウンタプレート13とスリーブ11とに設けているので、スラスト板3という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、スラスト軸受け用の動圧溝の設置位置や設計の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなる。このため、ディスク駆動装置として、情報の書き込みミスや読み取りミスが無い高品質な装置とすることができる。さらに、このように、このディスク駆動装置は、内部のスピンドルモータの各種のRROやNRRO(これらの中で少なくともA−RRO)が小さくなり、軸方向長さが小さくなるので、情報の読み取りや書き込みが安定すると共に、モータの薄型化に伴い装置の薄型化が可能となる。
【0145】
上述の実施の形態は本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図13に示すスピンドルモータ30のように、ハブ12部分の外径の軸方向長さを延伸させ、ディスク14の搭載数を増すようにしても良い。なお、他の構成は、基本的に図1に示すスピンドルモータ10と同様となっている。
【0146】
また、図14に示すスピンドルモータ40のように、ハブ12部分の外形の軸方向長さを延伸させ、その収納空間Sにコア4、コイル巻線5、ヨーク15、磁石16を配したものである。このスピンドルモータ40もディスク14の搭載数を増すことができる。なお、他の構成は、基本的に図1や図13に示すスピンドルモータ10,30と同様となっている。
【0147】
さらに、図15のスピンドルモータ50のように、2.5インチ以下のHDDに搭載されるのに好ましい形状としても良い。この小型のスピンドルモータ50は、ハブ12部分の上部のカウンタプレート13付近を少し上方に延伸させて図15のようなボス形状部51とし、このボス形状部51の外径に溝52を設けて、ここにクランパ18の内径部をはめ込むことによって、2枚のディスク14,14を固定させるものである。なお、2枚のディスク14,14の間には、ディスク14,14の間隔を形成すると共にその間隔を維持するための円筒形の間隔保持部材53が設けられている。
【0148】
このスピンドルモータ50は、クランパ18の厚さを薄くし、かつディスク14,14を固定するねじがないのでハブ12部分の軸方向高さを短くできる。また、従来のものと同一の高さとした場合には、第1のラジアル動圧溝21を上方に移動することができるので、モーメント剛性を大きくすることが可能となる。また、ハブ12の根本部分54(従来のモータのスリーブとハブとの結合部分におけるハブ側)の厚さをディスク14の厚さと略同一としているため、ディスク14との一体回転がスムーズになると共にコア4、コイル巻線5のための収納空間Sを薄型にも拘わらず大きなものとすることができる。収納空間Sが大きくなるため、電流ロスを抑えることができる。
【0149】
上述の各実施の形態のスピンドルモータ10,30,40,50は、いわゆる軸固定型としているが、このように軸固定型とすることで、相対回転部分(スリーブ11とシャフト2部分、ハブ12とスラスト板3部分)の垂直度を高精度に維持できるという利点を有する。すなわち、スピンドルモータでは、相対回転部分が2ヶ所あるが、垂直度を得るには、そららの部分を一体部材とするのが好ましい。このような要請に対して、軸固定型の場合、相対回転部分を、スラスト板3とシャフト2との一体部材と、ハブ12とスリーブ11の一体部材の両一体部材に分離でき、かつ組み込みが可能となる。これに対し、軸回転型の場合、シャフトとスラスト板とを一体部材とすると、ハブ部分を含めたロータ部分(シャフト、スラスト板、ハブが含まれる)を組み込めなくなる。このように、垂直度の精度を上げるためには、軸固定型が好ましい。
【0150】
なお、シャフト2とスラスト板3とを一体部材で形成しない場合は、組み込みの場合の問題点が無くなり、軸回転型にも十分適用できると共に、ハブ12とスリーブ11の一体部材化により各種のA−PRO等の低減化が達成される。
【0151】
また、上述の各実施の形態のスピンドルモータ10,30,40,50では、回転部品やシャフト2の垂直度を高精度に維持できるものとなっているので、安定した動圧力が得られ、寿命も長くなる。また、両一体部材は、共にはめ込み構造でないので、耐衝撃性や耐熱衝撃性も向上する。このような性質を一部犠牲にしても、従来以上の利点を有するスピンドルモータとすることができる。たとえば、上述の各実施の形態では、シャフト2部分とスラスト板3部分を一体部材とすると共にスリーブ11部分とハブ12部分を一体部材として、2つの一体部材を有するスピンドルモータ10,30,40,50としているが、いずれか一方の一体部材のみを有するスピンドルモータとしても良い。その場合でも従来のスピンドルモータに比べ、A−RRO等の面で有利な効果を有するものとなる。また、本発明で示したアルミシリコン合金をスリーブ11のみに使用し、スリーブ11とハブ12とを一体部材とせず、2部品で構成する場合も、各種の軸受け特性は向上する。
【0152】
また、上述の各実施の形態は、いわゆる軸固定型のスピンドルモータについて説明したが、軸回転型のスピンドルモータのスリーブ部分に、またはスリーブ部分とベース部分を一体化し、その一体部材に、本発明の第2の一体部材の材料となるアルミシリコン合金を使用し、シャフトにSUS−300系を使用するようにしても良い。この場合、シャフトとハブとを一体部材とすると、さらに好ましいものとなる。
【0153】
また、第2の一体部材の線膨張係数を、0℃〜100℃で14×10−6プラス/マイナス5%以内としたが、第1の一体部材の線膨張係数が17×10−6プラス/マイナス5%以内である場合、第2の一体部材の線膨張係数は、0℃〜100℃の温度範囲で、11×10−6〜15×10−6の範囲であれば、従来に比べ、相当な効果を有するものとなる。また、線膨張係数が0℃〜100℃の温度範囲で、17×10−6程度のものとしては、SUS−300系が好ましいが、他の金属部材としたり、表面処理によって表面のみこの値とした金属部材を採用しても良い。
【0154】
さらに、第2の一体部材を所定のアルミ合金とすることで、かなりの硬度と所定の線膨張係数を有するものとし、その線膨張係数をシャフト2の線膨張係数に対して、0℃〜100℃の温度範囲で、1×10−6〜7×10−6だけ小さくすれば、隙間が数ミクロンのものにおける軸受け剛性が安定したものとなる。また、上述の各実施の形態では、第2の一体部材は、その線膨張係数が、温度が高くなるほど、その値が高くなる(T6処理の場合、10℃当たり、約0.15〜0.2×10−6の割合)ような性質を有するものとしたが、その高くなる割合を他の値としたり、温度が高くなるほどその変化値が大きくなるものとしても良い。また、第2の一体部材は、0℃〜100℃の範囲で、線膨張係数が一定値(約11×10−6〜15×10−6の範囲の特定値)となるものとしても良い。
【0155】
さらに、ハブ12の根本部分(従来のモータのスリーブとハブとの結合部分におけるハブ側)の厚さを、ディスク14の厚さと略同一としたり、1.3倍程度としているが、この関係は、載置されるディスク14の厚さの0.5倍以上で2倍以下の範囲であれば、ディスク14との一体回転がスムーズになると共にコア4、コイル巻線5のための収納空間Sを薄型にも拘わらず大きなものとすることができる。収納空間Sを大きくすることで、電流ロスも抑えることができる。
【0156】
また、シャフト2のスラスト板3部分の軸方向厚さを、0.1〜0.7mm、より好ましくは0.15〜0.35mmとするのが良い。このような構成とすると、スラスト軸受けの機能を十分満足させつつ、モータの軸方向長さを小さくでき、薄型化が可能になると共に電流ロスが大幅に減少する。また、上述の各実施の形態では、第1の一体部材となるシャフト側を0℃〜100℃の範囲で、線膨張係数が一定となるものにしているが、ここで一定とは、全く変化しないもののみならず、アルミシリコン合金に比べ、その変化が5分の1程度以下のものを含むものとする。
【0157】
また、温度の変化に対して粘性が変化しない動圧発生物質を使用すれば、シャフト2と第2の一体部材を同一の線膨張係数としても良い。たとえば、シャフト2にSUS−300系を採用したとき、アルミシリコン合金として17×10−6程度の線膨張係数のものを使用し、シャフトとしてSUS−400系を採用したとき、アルミシリコン合金としては10×10−6程度の線膨張係数のものを使用しても良い。
【0158】
また、上述したように、スピンドルモータ10,30,40,50中のシャフト2とスラスト板3とを一体部材とせず、別の部材から形成し、組み立てて一体化するようにしても良い。また、スリーブ11とハブ12またはスリーブ11とロータとを一体部材化し、その部材を本発明で使用されるアルミシリコン合金とする場合、このアルミシリコン合金(第2の一体部材)の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で10×10−6 〜17×10−6であってシャフト2の線膨張係数以下となるようにしても良い。
【0159】
また、Al粉とSi粉を混合して焼結工法にて原材料(密度が95%程度)を形成し、その後、鍛造にて第2の一体部材と同形状のブランクを形成するようにしても良い。このブランクをそのまま第2の一体部材としたり、切削等の加工を加えて第2の一体部材としても良い。この焼結工法と鍛造とを組み合わせた場合のアルミシリコン合金も上述した配分比とすることで、上述したような従来にない効果を発揮するものとなると共に、上述した実施の形態では材料が固すぎて採用できなかった鍛造工法を採用でき、製造効率のアップ、コストの低減化を図ることができる。
【0160】
また、上述の実施の形態では、HDD用のスピンドルモータを示したが、光走査(スキャナ)装置用のモータ等、他の装置用のスピンドルモータとしても良い。そのような場合、スラスト板3やカウンタプレート13のいずれか一方または両者が不要となることがある。
【0161】
また、HDD用のスピンドルモータ以外のスピンドルモータの場合は、ハブ12に相当する部分がなくなり、スリーブ11とロータとが一体部材化される場合もあり得る。その場合、磁石を除くロータ全体がスリーブと一体化される場合や、磁石とバックヨークを除くロータがスリーブと一体化される場合や、さらには、磁石やバックヨークが固定される部分およびその近傍を除くロータ部分がスリーブと一体化される場合があり、種々の一体化方法があり得る。なお、このような変更は、HDD用のスピンドルモータ等ハブ部分を有するスピンドルモータでも、同様に採用可能となる。
【0162】
また、動圧軸受け部分としては、油の代わりに、他の液体を利用したり、空気などの気体を利用するものとしても良い。空気を利用した場合、シャフト2と第2の一体部材の各線膨張係数を同一のものとしても、安定した軸受け剛性を得ることができる。
【0163】
【発明の効果】
本発明では、耐衝撃性を向上させ得、A−RRO(いわゆる軸の揺動運動)を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかも電流ロスを押さえることができると共に小型化、薄型化が可能となるスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を得ることができる。
【0164】
また、他の発明では、耐衝撃性を向上させ得、A−RROを小さくでき、しかもスラスト側の動圧溝の設置位置の自由度が増し、動圧効果を適切なものとすることができると共に小型化、薄型化が可能となるスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を得ることができる。さらに、他の発明では、耐衝撃性を向上させ得、A−RROを小さくできると共に温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかもシャフトが軸受けに衝突してしまうのを防止できるスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を得ることができる。また、他の発明では、耐衝撃性を向上させ得、A−RROを小さくできると共に小型化、薄型化を可能とするスピンドルモータおよびスピンドルモータを搭載したディスク駆動装置を得ることができる。
【0165】
さらに、他の発明では、A−RRO(いわゆる軸の揺動運動)を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかも電流ロスを押さえることができるスピンドルモータを得ることができる。また、他の発明では、薄型化しても、ベースに対するシャフトの垂直度を維持できるスピンドルモータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るスピンドルモータの構造を示す断面図である。
【図2】図1のスピンドルモータのカウンタプレートおよびその周辺の拡大図で、第1の一体部材を省略した図である。
【図3】図1のスピンドルモータのスリーブ部分とハブ部分を一体化した一体部材の材料となるアルミシリコン合金を得るための製造方法のステップを示す図である。
【図4】図1のスピンドルモータの動圧溝に使用される油の特性(温度に対する油の粘度の変化)を示すグラフである。
【図5】図1のスピンドルモータや従来のスピンドルモータの各種性能を評価するための評価用軸受け装置を示す図である。
【図6】図4に示す特性の油と図5に示す評価用軸受け装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を0.5μm単位で変化させたときの軸受け特性(軸損トルクと離心率)を示すグラフで、温度が20℃のときのグラフである。
【図7】図4に示す特性の油と図5に示す評価用軸受け装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を0.5μm単位で変化させたときの軸受け特性(軸損トルクと離心率)を示すグラフで、温度が40℃のときのグラフである。
【図8】図4に示す特性の油と図5に示す評価用軸受け装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を0.5μm単位で変化させたときの軸受け特性(軸損トルクと離心率)を示すグラフで、温度が60℃のときのグラフである。
【図9】図4に示す特性の油と図5に示す評価用軸受け装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を0.5μm単位で変化させたときの軸受け特性(軸損トルクと離心率)を示すグラフで、温度が80℃のときのグラフである。
【図10】図1のスピンドルモータや従来のスピンドルモータのシャフトやスリーブに使用されている材質の組み合わせによる温度変化に対する隙間の変化を示す表である。
【図11】従来のスピンドルモータに採用されている材質の組み合わせによる温度に対する軸受け特性(軸損トルク、傾斜角、離心率、軸受け剛性)を示すグラフである。
【図12】図1に示すスピンドルモータに採用されている材質の組み合わせによる温度に対する軸受け特性(軸損トルク、傾斜角、離心率、軸受け剛性)を示すグラフである。
【図13】図1のスピンドルモータの第1の変形例の構造を示す断面図である。
【図14】図1のスピンドルモータの第2の変形例の構造を示す断面図である。
【図15】図1のスピンドルモータの第3の変形例の構造を示す断面図である。
【図16】従来の軸固定型のスピンドルモータの構造を示す断面図である。
【図17】従来の軸回転型のスピンドルモータの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ベース(ステータの一部)
2 シャフト(第1の一体部材の一部)
3 スラスト板(第1の一体部材の一部)
4 コア(ステータの一部)
5 コア巻線(ステータの一部)
10 スピンドルモータ
11 スリーブ(第2の一体部材の一部、ロータの一部)
12 ハブ(第2の一体部材の一部、ロータの一部)
12a ディスク載置用の段部
12c ディスク載置部
13 カウンタプレート(ロータの一部)
14 ディスク
15 ヨーク(ロータの一部)
16 磁石(ロータの一部)
21 第1のラジアル動圧溝(ラジアル軸受用の動圧溝)
22 第2のラジアル動圧溝(ラジアル軸受用の動圧溝)
23 第1のスラスト動圧溝
24 第2のスラスト動圧溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spindle motor, a disk drive device equipped with the spindle motor, and a method of manufacturing a spindle motor.
[0002]
[Prior art]
The spindle motor is mounted on a hard disk drive mechanism (hereinafter, referred to as an HDD), a digital versatile disk mechanism (hereinafter, referred to as a DVD), a scanner device, or the like, and rotates a hard disk, a digital versatile disk, or a mirror at a high speed. Used when This spindle motor is required to have high speed rotation, high rotation accuracy, power saving, low noise, high reliability, and the like. In order to satisfy such advanced requirements, it has become necessary to employ extremely high-precision bearings.
[0003]
Conventionally, ball bearings have been used as bearings, but in recent years, hydrodynamic fluid bearings have been used. The hydrodynamic bearing basically has a characteristic meeting the above-mentioned requirements in principle, and is suitable for a spindle motor. However, in order to exhibit its excellent characteristics, various conditions must be considered in the structure and application to equipment. That is, in the dynamic pressure fluid bearing, the shaft and the bearing are supported in a non-contact state by oil pressure generated by relative rotation. At this time, in order to maintain a predetermined pressure, it is necessary to very strictly control the gap, oil viscosity, and even the shape accuracy such as a right angle, according to the theory of fluid dynamics, and it is necessary to control the temperature change and the time change. Special measures must also be taken to prevent small changes.
[0004]
The following describes the structure of a conventional spindle motor in which various measures have been taken. The spindle motor has a shaft fixed type in which a shaft is fixed as shown in FIG. 4 of
[0005]
In the
[0006]
A cylindrical sleeve 111 serving as a bearing is arranged around the
[0007]
A
[0008]
Oil is filled in a slight gap between the shaft 102 (including the thrust plate 103) and the sleeve 111, and the oil is held in a state where the oil does not leak out of the sleeve 111. A radial
[0009]
Next, a structure of a conventional shaft rotation
[0010]
In this
[0011]
A
[0012]
Then, after inserting the
[0013]
Oil is filled in a slight gap between the
[0014]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-335366 (FIGS. 1 and 4)
[Patent Document 2] JP-A-2000-41359
[Patent Document 3] JP-A-2000-3244753
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional fixed-
[0016]
A second disadvantage is that in the
[0017]
In the
[0018]
In the case of the
[0019]
In any of the
[0020]
A third disadvantage is that in the
[0021]
In the
[0022]
In the case of SUS430 and SUS304 shown above, the linear expansion coefficient of the harder SUS430 is 10.4 × 10 -6 The softer SUS304 has a linear expansion coefficient of 16.4 × 10 -6 When the temperature rises, the
[0023]
The problem of bearing stiffness can be improved if the material of the
[0024]
It should be noted that there is theoretically a possibility that the material of the
[0025]
Further, the
[0026]
Further, when the
[0027]
For these reasons, a combination in which the
[0028]
Further, a fourth disadvantage is that current loss is large in the
[0029]
Another cause of the large current loss is the problem of the bearing structure. That is, the shaft loss torque of the bearing portion can be reduced without reducing the bearing rigidity by reducing the diameters of the
[0030]
One of the causes of the large current loss is the thickness of the
[0031]
As described above, it is extremely difficult to reduce the diameters of the
[0032]
A fifth disadvantage is that the
[0033]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can improve impact resistance, can reduce A-RRO (so-called rocking motion of a shaft), and can reduce a change in bearing rigidity with respect to a temperature change. An object of the present invention is to provide a spindle motor which can be reduced in size, can suppress current loss, and can be reduced in size and thickness, and a disk drive device equipped with the spindle motor.
[0034]
Further, according to another invention, impact resistance can be improved, A-RRO can be reduced, and the degree of freedom of the installation position of the thrust-side dynamic pressure groove increases, so that the dynamic pressure effect can be made appropriate. It is another object of the present invention to provide a spindle motor that can be reduced in size and thickness, and a disk drive device equipped with the spindle motor. Still another object of the present invention is to provide a spindle motor and a spindle capable of improving impact resistance, reducing A-RRO, reducing a change in bearing rigidity with respect to a temperature change, and preventing a shaft from colliding with a bearing. An object is to provide a disk drive device equipped with a motor. Another object of the present invention is to provide a spindle motor capable of improving impact resistance, reducing A-RRO, and achieving downsizing and thinning, and a disk drive device equipped with the spindle motor. .
[0035]
Still another object of the present invention is to provide a spindle motor capable of reducing A-RRO (so-called swinging motion of a shaft), reducing a change in bearing rigidity with respect to a temperature change, and suppressing a current loss. I do. Another object of the present invention is to provide a spindle motor that can maintain the perpendicularity of a shaft with respect to a base even when the spindle motor is thinned.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a spindle motor of the present invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub that rotates integrally with the sleeve, A spindle motor having a stator fixed to a base, a rotor having a sleeve, a hub, and a magnet fixed to the hub, wherein the rotor rotates by magnetic interaction between the magnet and the stator. , A circular thrust plate having a diameter larger than the diameter of the shaft portion and a shaft provided on the end opposite to the base of the shaft and the shaft integrally formed of stainless steel to form a first integral member, And the hub are integrally formed of an aluminum silicon alloy to form a second integrated member, and the linear expansion coefficient of the first integrated member is 17 × 10 -6 Within ± 5%, the coefficient of linear expansion of the second integrated member is 14 × 10 -6 Within the range of plus / minus 5%, the axial thickness of the thrust plate portion is 0.15 to 0.35 mm, and the hardness of the second integral member is smaller than the hardness of the first integral member. A dynamic pressure groove for a radial bearing is provided in a portion facing the shaft on the side of the second integral member, and a hub is provided at a position facing the thrust plate so as to cover the thrust plate and close the center hole of the sleeve. A first thrust dynamic pressure groove for a thrust bearing is provided at a position opposed to the thrust plate of the counter plate fixedly provided on the counter plate, and is opposite to a surface of the thrust plate opposed to the first thrust dynamic pressure groove. A second thrust dynamic pressure groove is provided in a sleeve portion facing the surface.
[0037]
In the spindle motor of the present invention, the two relative rotating parts are both formed as an integral member. That is, since the sleeve and the hub are integrated to form an integral member, and the shaft and the thrust plate are integrated to form an integral member, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained. Can be very small. Moreover, miniaturization and thinning are also possible. Further, since the respective linear expansion coefficients of the integral member on the sleeve side and the integral member on the shaft side are set to be larger on the shaft side, the change in the bearing rigidity with respect to the temperature change is reduced. In addition, since the sleeve and the hub are formed as an integral member, there is no need to consider fixing the hub to the sleeve, so that the storage space for the core and coil winding can be made sufficiently large, and current loss can be reduced. Can be smaller.
[0038]
Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if the thrust plate has a diameter larger than the diameter of the shaft, the first integral member can be incorporated. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and a protrusion provided in the groove for dynamic pressure (a step which projects to the center side on the surface of the sleeve before forming the dynamic pressure groove is often provided. Portion) prevents the surface of the shaft from being damaged. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0039]
Furthermore, since the axial thickness of the thrust plate portion is set to 0.15 to 0.35 mm, current loss is further reduced. In addition, since the dynamic pressure grooves for the thrust bearing are provided on the counter plate and the sleeve facing the thrust plate, the dynamic pressure grooves are smaller than those in the case where the area of the thrust plate tends to be small. This increases the degree of freedom in the installation position and design of the device, making it easier to obtain a more appropriate dynamic pressure effect, and at the same time, reducing the cost.
[0040]
A spindle motor according to another invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, and a stator fixed to the base. A rotor that rotates by magnetic interaction with the stator and rotates integrally with the sleeve.The spindle motor is provided at an end opposite to the base of the shaft, and has a diameter larger than the diameter of the shaft portion. A circular thrust plate and a shaft are integrally formed of stainless steel to form a first integrated member, and a sleeve and a hub are integrally formed of an aluminum-silicon alloy having aluminum and silicon as components. The first integral member has a linear expansion coefficient of 17 × 10 -6 Within ± 5%, the coefficient of linear expansion of the second integrated member is 14 × 10 -6 The hardness of the second integrated member is made smaller than the plus / minus 5%, and the hardness of the second integrated member is made smaller than the hardness of the first integrated member. At the position facing the thrust plate of the counter plate fixed to the hub so as to cover the thrust plate and close the center hole of the sleeve at a position facing the thrust plate, A first thrust dynamic pressure groove for a thrust bearing is provided, and a second thrust dynamic pressure groove is provided on a sleeve portion facing a surface of the thrust plate opposite to a surface facing the first thrust dynamic pressure groove. ing.
[0041]
In the spindle motor of the present invention, the two relative rotating parts are both formed as an integral member. That is, since the sleeve and the hub are integrated to form an integral member, and the shaft and the thrust plate are integrated to form an integral member, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained. Can be very small. Moreover, miniaturization and thinning are also possible. Further, since the respective linear expansion coefficients of the integral member on the sleeve side and the integral member on the shaft side are set to be larger on the shaft side, the change in the bearing rigidity with respect to the temperature change is reduced. In addition, since the sleeve and the hub are formed as an integral member, there is no need to consider fixing the hub to the sleeve, so that the storage space for the core and coil winding can be made sufficiently large, and current loss can be reduced. Can be smaller.
[0042]
Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if the thrust plate has a diameter larger than the diameter of the shaft, the first integral member can be incorporated. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and a protrusion provided in the groove for dynamic pressure (a step which projects to the center side on the surface of the sleeve before forming the dynamic pressure groove is often provided. Portion) prevents the surface of the shaft from being damaged. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0043]
A spindle motor according to another invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, and a stator fixed to the base. A rotor that rotates by magnetic interaction between the stator and a rotor that rotates integrally with the sleeve.A spindle is formed of stainless steel, and the sleeve and the hub are integrally formed of an aluminum silicon alloy. To form an integral member, and the linear expansion coefficient of the shaft is 17 × 10 -6 Within ± 5%, the coefficient of linear expansion of the integrated member is 11 × 10 when measured in the range of 0 ° C. to 100 ° C. -6 ~ 15 × 10 -6 The hardness of the integral member is made smaller than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion of the integral member which is a softer member and facing the shaft.
[0044]
In the spindle motor according to the present invention, the sleeve and the hub are integrated to form an integral member, so that the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be extremely reduced. Moreover, miniaturization and thinning are also possible. Further, since the linear expansion coefficients of the integral member and the shaft on the sleeve side are set to be larger on the shaft side, a change in bearing rigidity with respect to a temperature change is reduced. In addition, since the sleeve and the hub are formed as an integral member, there is no need to consider fixing the hub to the sleeve, so that the storage space for the core and coil winding can be made sufficiently large, and current loss can be reduced. Can be smaller.
[0045]
Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if a thrust plate having a larger diameter than the diameter of the shaft is provided integrally with the shaft, the integral member can be easily incorporated. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and a protrusion provided in the groove for dynamic pressure (a step which projects to the center side on the surface of the sleeve before forming the dynamic pressure groove is often provided. Portion) prevents the surface of the shaft from being damaged. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0046]
A spindle motor according to another aspect of the present invention is fixed to a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, and a base. In a spindle motor having a stator and a rotor that rotates by magnetic interaction between the stator and the sleeve and integrally rotates with the sleeve, the sleeve and the hub are made up of 65 to 69% by weight of Al and 28 to 32% by weight of Si. %, Cu and others are integrally formed from an aluminum silicon alloy composed of 1 to 5% by weight to form an integral member. The coefficient of linear expansion of the integral member is measured in the range of 0 ° C. to 100 ° C. 1 × 10 -6 ~ 7 × 10 -6 Only, the hardness of the integral member is made smaller than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided in a portion facing the shaft on the integral member side which is a softer member.
[0047]
In the spindle motor according to the present invention, the sleeve and the hub are integrated to form an integral member, so that the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be extremely reduced. Further, since the linear expansion coefficients of the integral member on the sleeve side and the shaft side are set to be larger on the shaft side, the change in the bearing rigidity with respect to the temperature change is reduced. Moreover, since the sleeve and the hub are formed as an integral member, there is no need to consider the fixing of the hub to the sleeve, and the storage space for the core and coil windings can be made sufficiently large, and the current loss can be reduced. can do.
[0048]
Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if a thrust plate having a larger diameter than the diameter of the shaft is provided integrally with the shaft, the integral member can be easily incorporated. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and a protrusion provided in the groove for dynamic pressure (a step which projects to the center side on the surface of the sleeve before forming the dynamic pressure groove is often provided. Portion) prevents the surface of the shaft from being damaged. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0049]
A spindle motor according to another aspect of the present invention is fixed to a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, and a base. In a spindle motor having a stator and a rotor that rotates by magnetic interaction between the stator and rotates integrally with the sleeve, a circular thrust plate is provided at an end of the shaft opposite to the base, and a sleeve is provided. And the hub are integrally formed of an aluminum silicon alloy to form an integral member, and the shaft is formed of stainless steel which is an iron-based alloy containing 10.5 to 32% by weight of Cr and 4 to 13% by weight of Ni. A dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on the inner surface of the sleeve, which is a portion facing the shaft of the integral member, and is located at a position facing the thrust plate. A first thrust dynamic pressure groove for a thrust bearing is provided at a position opposed to the thrust plate of a counter plate fixed to the hub so as to cover the center hole of the sleeve so as to cover the thrust plate and to close the center hole of the sleeve. A second thrust dynamic pressure groove is provided on a sleeve portion facing a surface opposite to a surface facing the first thrust dynamic pressure groove.
[0050]
In the spindle motor of the present invention, since the sleeve and the hub are integrated into an integral member, the impact resistance is improved, and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be extremely reduced. Moreover, miniaturization and thinning are also possible. In addition, since the dynamic pressure grooves for the thrust bearing are provided on the counter plate and the sleeve facing the thrust plate, the dynamic pressure grooves are smaller than those in the case where the area of the thrust plate tends to be small. This increases the degree of freedom in the installation position and design of the device, making it easier to obtain a more appropriate dynamic pressure effect, and at the same time, reducing the cost. Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if the thrust plate and the shaft are formed as an integral member and the thrust plate has a larger diameter than the diameter of the shaft, this member can be incorporated. .
[0051]
Further, a spindle motor of another invention is fixed to the base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, and a base. In a spindle motor having a stator and a rotor that rotates by magnetic interaction between the stator and the sleeve and rotates integrally with the sleeve, the sleeve and the hub are heated at a high temperature in a temperature range of at least 0 ° C to 100 ° C. As the linear expansion coefficient becomes larger, it is formed integrally with an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form an integrated member, and the linear expansion coefficient of the shaft is larger than the linear expansion coefficient of the integrated member and is constant in the above temperature range, The hardness of the integral member is smaller than the hardness of the shaft, so that the It is provided dynamic pressure grooves for radial bearing to the shaft portion opposite to Te.
[0052]
In the spindle motor according to the present invention, the sleeve and the hub are integrated to form an integral member, so that the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be extremely reduced. Moreover, miniaturization and thinning are also possible. Further, the integral member is an aluminum-silicon alloy having aluminum and silicon as components, the linear expansion coefficient of which increases as the temperature increases at least in a temperature range of 0 ° C. to 100 ° C. Since the coefficient of linear expansion is larger than the coefficient of linear expansion and is constant in the above temperature range, when the temperature increases, the gap between the dynamic pressure grooves in the sleeve becomes narrower, the rigidity of the bearing is maintained, and the sleeve and the shaft come into contact with each other. It is possible to greatly reduce the danger of being caught. Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, this member can be incorporated even if a thrust plate having a larger diameter than the diameter of the shaft is provided integrally with the shaft. Here, the term “constant linear expansion coefficient” includes not only the coefficient that does not change at all but also the coefficient whose change is about one-fifth or less as compared with the aluminum silicon alloy.
[0053]
A spindle motor according to another aspect of the present invention is fixed to a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, and a base. In a spindle motor having a stator and a rotor that rotates by magnetic interaction between the stator and the sleeve and integrally rotates with the sleeve, a circular thrust plate provided at an end of the shaft opposite to the base of the shaft is provided. In addition, a thrust plate having a diameter larger than the diameter of the shaft and the shaft are integrally formed of stainless steel to form an integral member, and the axial thickness of the thrust plate portion is 0.1 to 0.7 mm.
[0054]
In the spindle motor of the present invention, the shaft and the thrust plate are integrated to form an integral member, so that the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be reduced. Moreover, miniaturization and thinning are also possible. In addition, since the axial thickness of the thrust plate portion of the integral member is 0.1 to 0.7 mm, the axial length of the motor can be further reduced while sufficiently satisfying the function of the thrust bearing, and the size can be further reduced. And thinning can be achieved. In addition, current loss can be reduced by making the thrust plate thinner. Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if the thrust plate has a larger diameter than the diameter of the shaft, the first integral member can be incorporated.
[0055]
A spindle motor according to another aspect of the present invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a rotor fixed to the base. And a stator that causes the rotor to rotate by magnetic interaction between the shaft and the stator, wherein the shaft is formed of stainless steel, and the rotor including the sleeve is integrally formed of an aluminum silicon alloy. And the coefficient of linear expansion of the shaft is 17 × 10 -6 Within ± 5%, the coefficient of linear expansion of the integrated member is 11 × 10 when measured in the range of 0 ° C. to 100 ° C. -6 ~ 15 × 10 -6 The hardness of the integral member is made smaller than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion of the integral member which is a softer member and facing the shaft.
[0056]
In the spindle motor of the present invention, since the rotor including the sleeve is integrated and formed as an integral member, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be extremely reduced. Further, since the coefficient of linear expansion of the integral member on the sleeve side and the coefficient of linear expansion on the shaft side are set to be larger on the shaft side, a change in bearing rigidity with respect to a temperature change is reduced, and a current loss can be reduced. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and the surface of the shaft is prevented from being damaged by the protrusion provided in the groove for dynamic pressure. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0057]
A spindle motor according to another aspect of the present invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a rotor fixed to the base. And a stator that causes the rotor to rotate by magnetic interaction between the rotor and the sleeve, wherein the rotor including the sleeve is made up of 65 to 69% by weight of Al, 28 to 32% by weight of Si, An integral member is formed integrally from an aluminum silicon alloy composed of 1 to 5% by weight, and the coefficient of linear expansion of the integral member is 1 × of the coefficient of linear expansion of the shaft in a range of 0 ° C. to 100 ° C. 10 -6 ~ 7 × 10 -6 Only, the hardness of the integral member is made smaller than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided in a portion facing the shaft on the integral member side which is a softer member.
[0058]
In the spindle motor of the present invention, since the rotor including the sleeve is integrated and formed as an integral member, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be extremely reduced. Further, since the coefficient of linear expansion of the integral member on the sleeve side and the coefficient of linear expansion on the shaft side are set to be larger on the shaft side, a change in bearing rigidity with respect to a temperature change is reduced, and a current loss can be reduced. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and the surface of the shaft is prevented from being damaged by the protrusion provided in the groove for dynamic pressure. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0059]
A spindle motor according to another aspect of the present invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a rotor fixed to the base. And a stator that rotates the rotor by magnetic interaction between the sleeve and the rotor, wherein the sleeve and the rotor are integrally formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form an integral member. The linear expansion coefficient of this integrated member is 10 × 10 -6 ~ 17 × 10 -6 The hardness of the integral member having a linear expansion coefficient or less is not more than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion facing the shaft on the integral member side which is an equal or softer member. ing.
[0060]
In this spindle motor, since the sleeve and the hub are integrated, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO can be made very small. In addition, since the spindle motor can be reduced in size and thickness, a device in which the spindle motor is incorporated can be reduced in size and thickness. Further, since the linear expansion coefficient of the integral member on the sleeve side is set to be equal to or less than the shaft side, the change in the bearing rigidity with respect to the temperature change is reduced. In addition, since the sleeve and the hub are formed as an integral member, there is no need to consider fixing the hub to the sleeve, so that the storage space for the core and coil winding can be made sufficiently large, and current loss can be reduced. Can be smaller.
[0061]
Further, since the spindle motor used is of a fixed shaft type, this member can be incorporated even if a thrust plate having a larger diameter than the shaft is provided integrally with the shaft. . In addition, the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness is equal or softer, so that the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and It can be formed so as not to cause cracks, and a protrusion provided in the groove for dynamic pressure (a step which projects to the center side on the surface of the sleeve before forming the dynamic pressure groove is often provided, This step prevents the surface of the shaft from being damaged. Furthermore, since the sleeve is made of the same or softer material as the shaft, when the shaft is inserted into the sleeve, the shaft side is less likely to be scratched even when both come into contact, and stable performance can be obtained over a long period of time. it can.
[0062]
A spindle motor according to another aspect of the present invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a rotor fixed to the base. And a stator that causes the rotor to rotate by magnetic interaction between the shaft and a circular thrust plate provided at the end opposite to the base of the shaft. To form a first integral member, and a sleeve and a rotor are integrally formed of an aluminum silicon alloy to form a second integral member. The second integral member has a linear expansion coefficient in the range of 0 ° C to 100 ° C. 10 × 10 in measurement -6 ~ 17 × 10 -6 And the hardness of the second integrated member is equal to or less than the hardness of the first integrated member, and the hardness of the second integrated member is equal to or less than the hardness of the first integrated member. A dynamic pressure groove for a radial bearing is provided in a portion facing the shaft.
[0063]
In this spindle motor, the two relative rotating parts are both integrated members. That is, since the sleeve and the rotor are integrated to form an integral member, and the shaft and the thrust plate are integrated to form an integral member, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained. Can be very small. In addition, the spindle motor can be reduced in size and thickness. Further, since the linear expansion coefficient of the integral member on the sleeve side is set to be equal to or less than the shaft side, the change in the bearing rigidity with respect to the temperature change is reduced. In addition, since the sleeve and the hub are formed as an integral member, there is no need to consider fixing the hub to the sleeve, so that the storage space for the core and coil winding can be made sufficiently large, and current loss can be reduced. Can be smaller.
[0064]
Further, since the spindle motor is of a fixed shaft type, even if the thrust plate has a larger diameter than the diameter of the shaft, the first integral member can be incorporated. In addition, since the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness becomes softer, the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and cracks are not generated. It can be formed so as not to occur, and a protrusion provided in the groove for dynamic pressure (a step which projects to the center side on the surface of the sleeve before forming the dynamic pressure groove is often provided. Portion) prevents the surface of the shaft from being damaged. Furthermore, since the sleeve is made of a softer material than the shaft, the shaft side is not damaged even when both are in contact when the shaft is inserted into the sleeve, and stable performance can be obtained for a long period of time.
[0065]
A spindle motor according to another aspect of the present invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a rotor fixed to the base. And a stator that causes the rotor to rotate by magnetic interaction between the sleeve and the rotor, wherein the Al and the Al are 65 to 84% by weight, the Si is 15 to 32% by weight, An integral member is formed integrally with an aluminum silicon alloy composed of 1 to 5% by weight, and the linear expansion coefficient of the integral member is 0 to 100 with respect to the linear expansion coefficient of the shaft in a range of 0 ° C to 100 ° C. 7 × 10 -6 The dynamic pressure groove for the radial bearing is provided in a portion facing the shaft on the side of the integral member which is an equal or softer member and has a hardness equal to or less than the hardness of the shaft.
[0066]
In this spindle motor, since the sleeve and the rotor are integrated to form an integral member, the impact resistance is improved and the verticality is easily obtained, so that the A-RRO of the rotor portion can be extremely reduced. In addition, the spindle motor can be reduced in size and thickness. Further, since the linear expansion coefficient of the integral member on the sleeve side is set to be equal to or less than the shaft side, the change in the bearing rigidity with respect to the temperature change is reduced. In addition, since the sleeve and the rotor are formed as an integral member, there is no need to consider the fixing of the rotor portion to the sleeve, and the storage space for the core and coil windings can be made sufficiently large, and the current loss can be reduced. Can be reduced.
[0067]
Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if a thrust plate having a larger diameter than the shaft is provided integrally with the shaft, this integral member can be incorporated. In addition, the dynamic pressure groove for the radial bearing is provided on the sleeve side where the hardness is equal or softer, so that the dynamic pressure groove is easily formed inside the sleeve by ball rolling like a conventional brass sleeve, and The shaft can be formed so as not to cause cracks, and the surface of the shaft is prevented from being damaged by the protrusion provided in the groove for dynamic pressure. Furthermore, since the sleeve is made of the same or softer material as the shaft, when the shaft is inserted into the sleeve, the shaft side is less likely to be scratched even when both come into contact, and stable performance can be obtained over a long period of time. it can.
[0068]
In addition, the spindle motor according to another aspect of the present invention includes, in addition to the above-described spindle motor, a substance whose viscosity decreases as the temperature increases, between the shaft and the sleeve. 1 × 10 for the linear expansion coefficient of the shaft in the measurement in the range of 100 ° -6 ~ 7 × 10 -6 Only small.
[0069]
In the present invention, an effect is particularly produced when a substance whose viscosity decreases as the temperature increases, such as oil, is used for dynamic pressure. When the temperature rises, according to the present invention, the gap between the shaft and the sleeve is reduced, so that the bearing rigidity does not decrease even if the viscosity of the dynamic pressure substance decreases.
[0070]
In another invention, in addition to the spindle motor of the above-described invention, air is introduced between the shaft and the sleeve so that the integral member and the shaft have the same linear expansion coefficient. According to the present invention, the spindle motor has an air dynamic pressure bearing, and the dynamic pressure characteristics do not deteriorate even when the temperature is increased.
[0071]
Further, in the spindle motor according to another aspect of the invention, in addition to the spindle motor according to the above-described aspects, the rotor has a hub portion provided integrally with the sleeve. According to the present invention, since the hub portion is provided integrally with the sleeve, the disc can be rotated by placing the disc on the hub portion.
[0072]
Further, a disk drive device of the present invention employs the spindle motor according to any one of
[0073]
In this disk drive device, the sleeve and the hub or the sleeve or the rotor of the bearing portion of the spindle motor used are integrated and formed as an integral member, so that impact resistance is improved and verticality is easily obtained. Therefore, A-RRO can be made very small. In addition, the motor can be reduced in size and thickness. In addition, since the rigidity of the bearing is maintained by various measures, the risk that the sleeve and the shaft come into contact with each other can be greatly reduced. Further, since this spindle motor is of a fixed shaft type, even if a thrust plate having a larger diameter than the diameter of the shaft is provided integrally with the shaft, it is possible to incorporate an integrated member that integrates the thrust plate and the shaft. It becomes possible.
[0074]
Further, the method of manufacturing a spindle motor according to the present invention includes the steps of: fixing a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, And a magnet fixed to the rotor, a method of manufacturing a spindle motor in which the rotor is rotated by magnetic interaction between the magnet and the stator, wherein the axial thickness of the shaft and the base is reduced. After the shaft is assembled in the base, the part of the bottom of the shaft and the part of the base are cut off at the same time so that the cut surfaces of both sides are constant. And the thickness of the completed state.
[0075]
When this manufacturing method is adopted, even if the shaft motor is of a fixed shaft type and has a small thickness in the axial direction, a sufficient degree of perpendicularity of the shaft to the base can be obtained. That is, it is possible to easily cope with the reduction in thickness.
[0076]
Further, a manufacturing method of a spindle motor according to another invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor that rotates integrally with the sleeve, and a base. And a stator that rotates the rotor by magnetic interaction between the rotor and the rotor, wherein the axial thickness of the shaft and the base is increased compared to the completed state, and the shaft is After the is assembled into the base, a part of the bottom side of the shaft and a part of the bottom side of the base are simultaneously cut out so that the cut surfaces of both sides become a constant plane, so as to have a thickness in a completed state.
[0077]
When this manufacturing method is adopted, even if the shaft motor is of a fixed shaft type and has a small thickness in the axial direction, a sufficient degree of perpendicularity of the shaft to the base can be obtained. That is, it is possible to easily cope with the reduction in thickness.
[0078]
Further, a method of manufacturing a spindle motor according to another aspect of the present invention includes a metal base, a metal shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, and an integral rotation of the sleeve. And a stator fixed to the base and rotating the rotor by magnetic interaction between the rotor and the stator. The contact portion between the shaft and the base is intermolecularly bonded.
[0079]
With this manufacturing method, the base and the shaft can be easily and firmly fixed. In particular, since the shaft and the base are made into one member by intermolecular bonding, the strength and the thickness can be reduced as compared with the conventional press-fitting alone.
[0080]
Further, a manufacturing method of a spindle motor according to another invention includes a base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor that rotates integrally with the sleeve, and a base. A stator that is fixed and causes the rotor to rotate by magnetic interaction between the rotor and the stator.In a method for manufacturing a spindle motor, the sleeve and the rotor, or the hub that becomes a part of the sleeve and the rotor, are made of aluminum. It is composed of an integral member formed of an aluminum silicon alloy having silicon as a component, and the integral member has a coefficient of linear expansion of 10 × 10 -6 ~ 17 × 10 -6 And aluminum powder and silicon powder are mixed and sintered, and then formed by forging.
[0081]
When this manufacturing method is adopted, forging, which is too hard to be used with an aluminum silicon alloy formed by the atomizing method, can be adopted, so that manufacturing efficiency can be increased and cost can be reduced.
[0082]
[Embodiment of the present invention]
Hereinafter, a spindle motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. With respect to a disk drive device equipped with a spindle motor, only the spindle motor and its periphery will be described, and a head portion for reading and writing disk information, a circuit such as a control circuit for controlling the spindle motor and its head portion, etc. The parts and other mechanical parts are the same as those of the conventional disk device, and a description thereof will be omitted.
[0083]
The
[0084]
The
[0085]
The first integrated member is formed of stainless steel (SUS-304) which is an iron-based alloy containing 18% by weight of Cr and 8% by weight of Ni. The first integral member cuts the outer periphery of the rod-shaped SUS-304 to form a
[0086]
The linear expansion coefficient of this first integral member is 16.4 × 10 -6 Vickers (hardness) is about 196. The first integrated member may be any other SUS-300-based member. That is, an iron-based alloy containing 10.5 to 32% by weight of Cr and 4 to 13% by weight of Ni may be used. However, the linear expansion coefficient is 17 × 10 -6 It is preferably within plus / minus 5%. The coefficient of linear expansion is a coefficient of linear expansion relating to a change in length in a solid. When 1 is a length, lo is a length at 0 ° C., and θ is a temperature, the value of (dl / dθ) / lo is expressed as Point. The linear expansion coefficient of the shaft (SUS-304) serving as the first integral member is substantially constant in the range of 0 ° C to 100 ° C. Note that the term “constant” described herein includes not only a state that does not change at all but also a state that the change is about one-fifth or less compared to a second integrated member described later.
[0087]
A cylindrical cylindrical portion 1a is provided at the center of the
[0088]
Around the first integrated member, a second integrated member in which a
[0089]
Various heat treatments can be employed. In this embodiment, T6 treatment and T1 treatment are employed. The T6 treatment is a solution treatment, that is, a treatment in which the temperature is raised to just before almost melting and then rapidly cooled (quenching treatment), and then, an artificial age hardening treatment, that is, a temperature is continuously applied for a specific time, and then the treatment is slowly performed. Refers to the process of performing a cooling process (tempering process). Further, the T1 treatment refers to a treatment of cooling from high-temperature processing and then performing age hardening at room temperature. In addition, as a dynamic pressure bearing device, T6 processing is more preferable.
[0090]
The density of this aluminum silicon alloy is 2.6 g / cm 3 2.7 g / cm of a conventionally known aluminum alloy such as A6061 3 It is slightly lighter. In the case of T6 treatment, the coefficient of linear expansion is 14 × 10 -6 Of which 14.7 × 10 4 was measured in the range of 40 ° C. to 100 ° C. -6 And 16.0 × 10 6 in the measurement in the range of 100 ° C. to 200 ° C. -6 And 17.6 × 10 6 in the measurement in the range of 200 ° C. to 300 ° C. -6 And 19.0 × 10 3 in the measurement in the range of 300 ° C. to 400 ° C. -6 It becomes. In the case of T1 treatment, 13.2 × 10 3 was measured in the range of 0 ° C. to 100 ° C. -6 And 13.6 × 10 6 in the measurement in the range of 40 ° C. to 100 ° C. -6 It becomes 15.7x10 in the measurement of the range of 100 ° C-200 ° C. -6 And 16.6 × 10 6 in the measurement in the range of 200 ° C. to 300 ° C. -6 And 18.7 × 10 in the measurement in the range of 300 ° C. to 400 ° C. -6 It becomes. During these measurements, the range of 40 ° C. to 400 ° C. was measured by differential expansion measurement in the range of room temperature to 400 ° C., at a temperature rising rate of 10 ° C. per minute, and in a nitrogen stream.
[0091]
As described above, the aluminum silicon alloy serving as the second integral member has a higher linear expansion coefficient as the temperature increases (in the range of 40 ° C. to 400 ° C., in the case of the T6 treatment, 0.15 × 10 per 10 ° C -6 In the case of T1 treatment, about 0.15 to 0.18 × 10 -6 ). In consideration of the measurement error and the slight change of the contained metal ratio, the linear expansion coefficient is 14 × 10 4 in the range of 0 ° C. to 100 ° C. in relation to the first integrated member side. -6 And 13.2 × 10 -6 It is sufficient if the values are within plus / minus 5% of these values.
[0092]
Also, the smaller value is 10 × 10, which is equivalent to SUS-400 series. -6 And the larger value is 17 × 10 which is almost the same as the SUS-300 system. -6 And an aluminum silicon alloy within this range may be used. In particular, when the dynamic pressure is generated by air, the gaps forming the dynamic pressure grooves may be always the same with respect to temperature changes. The linear expansion coefficient of the alloy may be the same as that of the SUS-400 series. When the
[0093]
In addition, as for the material distribution, even if Al is 60 to 90% by weight, Si is 9 to 39% by weight, and Cu and others are 1 to 5% by weight, sufficient characteristics can be obtained as compared with conventional materials. Can be. Further, assuming that Si is 20% by weight, Al is 75 to 79% by weight, and Cu and others are 1 to 5% by weight, the linear expansion coefficient is 17 × 10 in the range of 0 ° C. to 100 ° C. -6 About. If the aluminum-silicon alloy of this composition is used as the second integral member, the shaft is made of SUS-300, and air is used for generating dynamic pressure, sufficient performance can be obtained as a dynamic pressure bearing device. Judging from the experimental results, it is preferable that Al is 65 to 84% by weight, Si is 15 to 32% by weight, Cu and others are 1 to 5% by weight, the
[0094]
The second integral member is a newly developed aluminum silicon alloy having the above-described coefficient of linear expansion. Its hardness is equal to or softer than that of the first integral member, and its hardness is about 114 to 165 [kg / mm] as Vickers hardness. If the hardness is 80 or more in terms of Vickers hardness, the second integrated member does not dent when the two integrated members collide with each other when the rotation of the second integrated member starts and stops. The hardness varies depending on the method and conditions of the heat treatment, and the value required for the apparatus can be appropriately obtained from this range (
[0095]
A disc-shaped
[0096]
The
[0097]
A
[0098]
The aluminum-silicon alloy used as the material of the second integral member is distributed as described above. The manufacturing method is as shown in FIG. That is, first, a rapidly solidified powder of an aluminum alloy is manufactured by an atomizing method (step S51). As the atomizing method, a gas atomizing method, an ultrasonic gas atomizing method, or the like is employed.
[0099]
This rapidly solidified powder causes a molten alloy of aluminum and silicon to flow out of a tundish (a container having a hole at the bottom), and at the same time, causes a jet of a spray medium (gas or liquid) to impinge on the molten metal stream. After the molten metal is scattered into fine droplets, heat is deprived and solidified to form. The powder particles have a diameter of about 100 μm including a large number of silicon having a diameter of about 2 μm, for example.
[0100]
Then, an additive consisting of ceramics and a special alloy powder is added (step S52), and the final material is 67-68% by weight of Al, 30% by weight of Si, and 2-3% by weight of Cu (copper) and others. And rapidly solidified powder. Then, a billet-shaped green compact is obtained by hot pressing (step S53). Thereafter, a degassing process is performed in which the powder is heated in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere to remove the oxide adsorbed on each surface of the powder and the water adsorbing the non-oxide, and the like (step S54). Next, an extruded material is obtained by performing hot extrusion (step S55). The extruded material is processed to form a second integral member. Thereafter, heat treatment is appropriately performed.
[0101]
The linear expansion coefficient of the obtained aluminum silicon alloy changes depending on the content of silicon (Si). In this embodiment, 30% by weight of silicon is contained, and about 14 × 10 -6 Has a linear expansion coefficient of As the silicon content is further increased, the linear expansion coefficient decreases proportionally, and when the silicon content is about 36%, about 13 × 10 -6 When the silicon content becomes about 44 to 48%, 10 × 10 -6 (Which is about the same as the linear expansion coefficient of the SUS-400 series), and when the silicon content is about 20%, 17 × 10 -6 (This is about the same as the linear expansion coefficient of the SUS-300 series). Instead of changing only silicon, nickel may be mixed with silicon, and the linear expansion coefficient may be lowered by gradually increasing the total amount of silicon and nickel from 30% by weight.
[0102]
The
[0103]
This is a small gap between a first integral member in which the
[0104]
The gap between the outer peripheral surface of the
[0105]
Two dynamic pressure grooves for radial bearings are provided on the shaft-facing
[0106]
The thrust direction of the second integral member is set at a position facing the
[0107]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the first and second radial
[0108]
Each of the
[0109]
The order of assembling the
[0110]
First, a shaft (first integrated member) integrally formed with the
[0111]
On the other hand, the
[0112]
In this assembled state, the length of the
[0113]
By adopting such an assembling method, the verticality of the
[0114]
When the
[0115]
Next, the basic operation of the bearing will be described, and in addition to the description, the characteristics of the
[0116]
First, the basic operation of the bearing will be described. First, FIG. 4 to FIG. 9 show the prerequisites for evaluation, that is, the relationship between the change in oil viscosity, the bearing device for evaluation, the change in clearance, and the characteristics of the bearing. It will be described with reference to FIG.
[0117]
FIG. 4 shows the change in kinematic viscosity of oil (common oil used for a dynamic pressure bearing) with respect to temperature. The kinematic viscosity is a value obtained by dividing the viscosity (absolute viscosity) by the density. For example, the kinematic viscosity is a viscosity of 1 mPa · s (milli-pascal second) and the density is 1 g / cm. 2 Then 1mm 2 / S (square millimeters per second). The unit of the conventional centistokes (cSt) is the same value. As for the kinematic viscosity, the larger the numerical value is, the higher the value is.
[0118]
As shown in FIG. 4, the kinematic viscosity of the oil rapidly decreases as the temperature increases. A decrease in viscosity results in a decrease in bearing stiffness, ie, dynamic pressure. Therefore, when the temperature rises, it is necessary to reduce the gap between the shaft and the bearing in order to maintain the bearing rigidity. However, if the gap is too small, the bearing stiffness becomes too high, and as described later, the shaft loss torque increases, or in the worst case, the shaft and the bearing come into contact with each other to lock (unrotatable). Cases also occur.
[0119]
FIG. 5 shows an evaluation bearing device. In this device, the diameter L1 of the
[0120]
In the case of HDD, the most important characteristic is NRRO, which is largely affected by the bearing stiffness. As the bearing stiffness becomes smaller (lower), the gap changes and the eccentricity increases, but the allowable value of the eccentricity is experimentally and empirically about 0.01. The eccentricity e is an index indicating how flat the ellipse is. When the major axis from the center of the ellipse to the outer periphery in the longitudinal direction is a, and the minor axis from the outer periphery in the transverse direction to b, the following is given. This is defined by
[0121]
[Formula 1]
[0122]
When the temperature is low, such as 20 ° C. shown in FIG. 6, the eccentricity has a relatively large margin, but at high temperatures, the viscosity decreases and the bearing rigidity decreases. Can not withstand. That is, as shown in the graphs at 60 ° C. in FIG. 8 and at 80 ° C. in FIG. 9, when the temperature becomes high, the upper radial dynamic pressure groove 27 (corresponding to the upper first radial
[0123]
Next, a change in rigidity due to a temperature change, which is one of the basic operations of the bearing, will be described.
[0124]
The gap also changes due to thermal expansion of the shaft or sleeve. FIG. 10 shows the change in the gap with respect to the temperature change due to the combination of the shaft and sleeve materials. The dynamic pressure fluid bearing generates pressure in the oil by rotation, but can generate higher pressure as the gap is smaller and the viscosity of the oil is higher. The viscosity of the oil is high at low temperatures and low at high temperatures. Therefore, when the material of the shaft and the sleeve is selected, if the linear expansion coefficient of the shaft is larger than that of the sleeve, the gap decreases at a high temperature, so that the pressure drop due to the viscosity decrease can be compensated.
[0125]
The combination of the material used for the current spindle motor and the aluminum-silicon alloy used in the present invention as a shaft and a sleeve are summarized as follows. First, if the shaft and the sleeve are made of the same material, the gap does not change with temperature. The fact that the length of the gap does not change means that the gap is the same while the outer diameter of the shaft and the inner diameter of the sleeve both increase, which indicates that the volume of the gap increases. At higher temperatures, the viscosity of the oil decreases. For this reason, the volume of the gap increases and the viscosity of the oil decreases, and the bearing rigidity deteriorates. Further, if the shaft and the sleeve are made of the same material, the shaft is damaged when the shaft and the sleeve collide, and the bearing characteristics deteriorate. It is not preferable that the shaft and the sleeve are made of the same material because of such disadvantages.
[0126]
A combination of a shaft made of SUS-400 and a sleeve made of brass (BsBn) or bronze (Bronze) provides relatively good workability. However, in terms of thermal expansion, when the temperature becomes high, the gap increases, and as the viscosity of the oil decreases, the bearing rigidity tends to deteriorate. In particular, a spindle motor used for a small HDD such as a 1.8-inch or 2.5-inch HDD has no margin in bearing rigidity. Therefore, the gap between each dynamic pressure groove must be designed to be extremely small. However, it is difficult to meet the required tight tolerances, and depending on the temperature (low temperature), the shaft and the sleeve may interfere with each other, and the bearing will not function. Further, the material of the sleeve is not sufficient for abrasion, and requires plating of nickel / chromium on the surface. Therefore, it can be said that this combination is also problematic.
[0127]
The combination of the shaft of SS-300 and the sleeve of SUS-400 is preferable considering only thermal expansion. That is, since the gap decreases as the temperature rises, it has an effect of compensating for a decrease in rigidity due to a decrease in oil viscosity. However, as described in detail in the related art, when the sleeve is made of SUS-400, various problems occur due to its high hardness. That is, when the temperature becomes high, the gap becomes small, and the shaft comes into contact with the sleeve or locks. In addition, it is difficult to perform high-precision processing such as inner diameter, roundness, surface roughness, cylindricity, and dynamic pressure groove processing. If the variation in the inner diameter becomes large, it is not possible to obtain an appropriate gap with the shaft, and it is necessary to perform a selective combination by measurement. Even in the dynamic pressure groove machining, the uniformity and symmetry of the groove depth are deteriorated, and the bearing characteristics are adversely affected. As described above, the combination of the SUS-300 shaft and the SUS-400 sleeve causes problems in performance, productivity, and price.
[0128]
If the shaft is made of SUS-300 and the sleeve is made of the aluminum silicon alloy used in the second integral member of the present invention, as shown in the table of FIG. 10, when the temperature becomes high, the gap gradually narrows. Become. Specifically, the gap increases by 0.2 μm at a temperature of 0 ° C., changes by 0 ° C. at 20 ° C., narrows by 0.2 μm at 40 ° C., narrows by 0.4 μm at 60 ° C., and decreases by 0.4 μm at 80 ° C. It becomes 6 μm narrower and 0.8 μm narrower at 100 ° C. These values are optimal in compensating for a decrease in rigidity due to a decrease in oil viscosity.
[0129]
The values shown in FIG. 10 are obtained by setting the diameter of the shaft to 3 mm. If the diameter of the shaft is set to another value, for example, 2.5 mm or 2 mm, the absolute value of the increase due to the expansion on the shaft side decreases. Therefore, the amount of change in the gap also becomes small. However, in general, when the diameter of the shaft is small, it is necessary to reduce the gap in relation to the bearing rigidity, and the ratio of the change amount of the gap to the original gap is not so large even when the shaft diameter is small. There is no. However, strictly speaking, the ratio changes, so even if the shaft is made of SUS-300 and the sleeve is made of the aluminum silicon alloy of the present invention, the difference between the linear expansion coefficients of the two is determined by the diameter of the shaft. It needs to be different. In the above embodiment, the difference between the two linear expansion coefficients is 1.5 × 10 -6 ~ 4.5 × 10 -6 However, if the diameter of the shaft is about 2 mm, the gap is about 2 μm, and the difference between the two is 7 × 10 -6 The following is required. Conversely, if the diameter of the shaft is about 4 mm, the gap is about 4 μm, and the difference between them is 1 × 10 -6 Anything above would be good.
[0130]
Next, as the last of the description of the basic operation of the bearing, the relationship between the current consumption and the rigidity will be described.
[0131]
Bearing stiffness and current are in conflicting conditions. That is, in order to increase the rigidity of the bearing, it is necessary to reduce the gap or increase the viscosity of the oil. On the other hand, in order to reduce the current, that is, to reduce the torque loss, it is necessary to increase the gap or reduce the viscosity of the oil. In order to reduce the shaft loss torque while maintaining the same bearing rigidity, the diameter of the shaft may be reduced and the clearance may be reduced. However, since the inner diameter of the sleeve becomes smaller and the tolerance becomes tighter, it is extremely difficult to process a hard member such as a conventionally used material, for example, brass or SUS-300 system with higher accuracy than before. Become. When the conventional material is used, it is necessary to measure all the shaft diameters and the sleeve inner diameters and select and combine them. However, this method greatly increases the production cost. In addition, since the inner diameter of the sleeve is small, the roundness and accuracy are poor, and the yield is low.
[0132]
The above consideration will be described with reference to FIGS. 11 shows the case where the shaft is made of SUS-400 and the sleeve is made of brass. FIG. 12 shows the configuration of the present invention, that is, the
[0133]
As shown in FIG. 11, when SUS-400 is used as the shaft and brass is used as the sleeve, when the temperature exceeds about 58 ° C., the eccentricity e in the upper radial dynamic pressure groove 27 is an allowable limit value. Exceeding 0.01. Further, the inclination angle increases sharply as the temperature rises. Here, the inclination angle refers to the inclination of the shaft with respect to the base, and the angle of 90 degrees (vertical) with respect to the base is defined as 0 degree.
[0134]
On the other hand, in the combination of the present invention (the
[0135]
As described above, the aluminum silicon alloy used in the present embodiment has a linear expansion coefficient smaller than that of the
[0136]
Other characteristics of the aluminum silicon alloy (30% by weight of Si, 2 to 3% by weight of Cu and others and the balance of Al) used in the present embodiment are as follows. Tensile strength is 46.6kgf / mm 2 , Proof stress is 40.0kgf / mm 2 , Young's modulus is 9700kgf / mm 2 , Hardness is 150 Hv (Vickers hardness), density is 2.6 g / cm 3 It is.
[0137]
In the above-described embodiment, the
[0138]
In addition, since the two integrated members are not of a fitting structure, the impact resistance is improved, and non-uniform stress does not work, and stable accuracy can be maintained both temporally (temporarily) and temperature. It becomes. Further, in this embodiment, since the
[0139]
Further, in the spindle motor according to the above-described embodiment, since the verticality of the rotating component and the
[0140]
Further, since the
[0141]
Further, in this embodiment, the integral member was measured at a linear expansion coefficient of 0 ° C. -6 Since it is made of an aluminum silicon alloy within plus / minus 5%, a dynamic pressure groove can be easily formed in the
[0142]
Further, since the axial thickness of the
[0143]
In addition, in this disk drive device, A-RRO is reduced, the change in bearing stiffness is reduced, and current loss can be suppressed, so that reading of information from the
[0144]
Further, since the
[0145]
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, as in a
[0146]
Further, as in a
[0147]
Further, as in the case of the
[0148]
In the
[0149]
The
[0150]
In the case where the
[0151]
Further, in the
[0152]
In each of the embodiments described above, a so-called fixed shaft type spindle motor has been described. However, the present invention is applied to a sleeve portion of a shaft rotating type spindle motor, or a sleeve portion and a base portion integrated with each other, and the integral member is provided. It is also possible to use an aluminum silicon alloy as a material of the second integral member, and use SUS-300 for the shaft. In this case, it is more preferable that the shaft and the hub be an integral member.
[0153]
The coefficient of linear expansion of the second integral member is 14 × 10 at 0 ° C. to 100 ° C. -6 Within ± 5%, the linear expansion coefficient of the first integrated member is 17 × 10 -6 When it is within plus / minus 5%, the linear expansion coefficient of the second integral member is 11 × 10 in a temperature range of 0 ° C. to 100 ° C. -6 ~ 15 × 10 -6 Within this range, a considerable effect can be obtained as compared with the related art. In a temperature range where the linear expansion coefficient is 0 ° C to 100 ° C, 17 × 10 -6 As the degree, SUS-300 is preferable, but another metal member or a metal member having a surface only with this value by surface treatment may be used.
[0154]
Further, by forming the second integral member from a predetermined aluminum alloy, the second integral member has a considerable hardness and a predetermined linear expansion coefficient. 1 × 10 in the temperature range of ℃ -6 ~ 7 × 10 -6 If it is made smaller, the bearing rigidity in the case where the gap is several microns becomes stable. Further, in each of the above-described embodiments, the linear expansion coefficient of the second integral member increases as the temperature increases (in the case of T6 treatment, approximately 0.15 to 0.5 mm per 10 ° C.). 2 × 10 -6 However, the rate of increase may be set to another value, or the change value may increase as the temperature increases. In addition, the second integral member has a constant linear expansion coefficient (about 11 × 10 -6 ~ 15 × 10 -6 (A specific value in the range of).
[0155]
Further, the thickness of the root portion of the hub 12 (the hub side at the joint portion between the sleeve and the hub of the conventional motor) is substantially the same as the thickness of the
[0156]
The axial thickness of the
[0157]
If a dynamic pressure generating substance whose viscosity does not change with a change in temperature is used, the
[0158]
Further, as described above, the
[0159]
Alternatively, a raw material (having a density of about 95%) is formed by mixing Al powder and Si powder by a sintering method, and then a blank having the same shape as the second integral member is formed by forging. good. This blank may be used as it is as a second integral member, or may be subjected to processing such as cutting to be a second integral member. The aluminum-silicon alloy obtained by combining the sintering method and forging has the above-described distribution ratio, thereby exhibiting an unprecedented effect as described above, and in the above-described embodiment, the material is fixed. It is possible to adopt a forging method that could not be adopted because it was too long, and it is possible to increase manufacturing efficiency and reduce cost.
[0160]
Further, in the above-described embodiment, the spindle motor for the HDD is shown, but a spindle motor for another device such as a motor for an optical scanning (scanner) device may be used. In such a case, one or both of the
[0161]
In the case of a spindle motor other than the spindle motor for the HDD, the portion corresponding to the
[0162]
Further, as the dynamic pressure bearing portion, instead of oil, another liquid or a gas such as air may be used. When air is used, stable bearing rigidity can be obtained even if the linear expansion coefficients of the
[0163]
【The invention's effect】
In the present invention, impact resistance can be improved, A-RRO (so-called rocking motion of the shaft) can be reduced, change in bearing rigidity with respect to temperature change can be reduced, current loss can be suppressed, and downsizing can be achieved. It is possible to obtain a spindle motor that can be made thinner and a disk drive device equipped with the spindle motor.
[0164]
In another invention, impact resistance can be improved, A-RRO can be reduced, and the degree of freedom of the installation position of the thrust-side dynamic pressure groove increases, so that the dynamic pressure effect can be made appropriate. In addition, it is possible to obtain a spindle motor that can be reduced in size and thickness, and a disk drive device equipped with the spindle motor. Further, in another invention, a spindle motor and a spindle that can improve impact resistance, reduce A-RRO, reduce a change in bearing rigidity with respect to a temperature change, and can prevent a shaft from colliding with a bearing. It is possible to obtain a disk drive device equipped with a motor. According to another aspect of the present invention, it is possible to obtain a spindle motor capable of improving impact resistance, reducing A-RRO, and achieving downsizing and thinning, and a disk drive device equipped with the spindle motor.
[0165]
Further, according to another aspect of the present invention, it is possible to obtain a spindle motor capable of reducing A-RRO (so-called swinging motion of a shaft), reducing a change in bearing rigidity with respect to a temperature change, and suppressing a current loss. Further, according to another aspect of the invention, it is possible to manufacture a spindle motor that can maintain the perpendicularity of the shaft with respect to the base even when the spindle motor is reduced in thickness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a spindle motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a counter plate of the spindle motor of FIG. 1 and a periphery thereof, in which a first integral member is omitted.
FIG. 3 is a view showing steps of a manufacturing method for obtaining an aluminum silicon alloy as a material of an integral member integrating a sleeve portion and a hub portion of the spindle motor of FIG. 1;
FIG. 4 is a graph showing characteristics of oil (change in viscosity of oil with respect to temperature) used in a dynamic pressure groove of the spindle motor of FIG. 1;
5 is a diagram showing an evaluation bearing device for evaluating various performances of the spindle motor of FIG. 1 and a conventional spindle motor.
6 shows a bearing characteristic when the gap between the outer diameter of the shaft and the inner diameter of the sleeve is changed in units of 0.5 μm using the oil having the characteristics shown in FIG. 4 and the bearing device for evaluation shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing shaft loss torque and eccentricity) when the temperature is 20 ° C. FIG.
7 shows a bearing characteristic when the gap between the outer diameter of the shaft and the inner diameter of the sleeve is changed in units of 0.5 μm using the oil having the characteristics shown in FIG. 4 and the bearing device for evaluation shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing shaft loss torque and eccentricity) when the temperature is 40 ° C. FIG.
FIG. 8 shows a bearing characteristic when the gap between the outer diameter of the shaft and the inner diameter of the sleeve is changed in units of 0.5 μm using the oil having the characteristics shown in FIG. 4 and the bearing device for evaluation shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing shaft loss torque and eccentricity) when the temperature is 60 ° C. FIG.
FIG. 9 shows the bearing characteristics when the gap between the outer diameter of the shaft and the inner diameter of the sleeve is changed in 0.5 μm units using the oil having the characteristics shown in FIG. 4 and the bearing device for evaluation shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing shaft loss torque and eccentricity) when the temperature is 80 ° C.
10 is a table showing a change in a gap with respect to a temperature change due to a combination of materials used for a shaft and a sleeve of the spindle motor of FIG. 1 and a conventional spindle motor.
FIG. 11 is a graph showing bearing characteristics (shaft loss torque, inclination angle, eccentricity, bearing stiffness) with respect to temperature by a combination of materials used in a conventional spindle motor.
12 is a graph showing bearing characteristics (shaft loss torque, tilt angle, eccentricity, bearing rigidity) with respect to temperature depending on the combination of materials used in the spindle motor shown in FIG.
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of a first modification of the spindle motor of FIG. 1;
FIG. 14 is a sectional view showing the structure of a second modification of the spindle motor of FIG. 1;
FIG. 15 is a sectional view showing a structure of a third modification of the spindle motor of FIG. 1;
FIG. 16 is a sectional view showing the structure of a conventional fixed shaft type spindle motor.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional shaft rotation type spindle motor.
[Explanation of symbols]
1 Base (part of stator)
2 Shaft (part of the first integrated member)
3 Thrust plate (part of the first integrated member)
4 cores (part of stator)
5 core winding (part of stator)
10 Spindle motor
11 sleeve (part of the second integral member, part of the rotor)
12 Hub (part of the second integral member, part of the rotor)
12a Step portion for mounting disk
12c disk mounting part
13 Counter plate (part of rotor)
14 disks
15 Yoke (part of rotor)
16 magnets (part of rotor)
21 1st radial dynamic pressure groove (dynamic pressure groove for radial bearing)
22 Second radial dynamic pressure groove (dynamic pressure groove for radial bearing)
23 1st thrust dynamic pressure groove
24 Second Thrust Dynamic Pressure Groove
Claims (20)
上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部に設けられ、上記シャフト部分の径より大径となる円形状のスラスト板と上記シャフトとをステンレス鋼にて一体形成して第1の一体部材とし、
上記スリーブと上記ハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して第2の一体部材とし、
上記第1の一体部材の線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、
上記第2の一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で14×10−6プラス/マイナス5%以内とし、
上記スラスト板部分の軸方向厚さを0.15〜0.35mmとし、
上記第2の一体部材の硬度を上記第1の一体部材の硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記第2の一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設け、
上記スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共に上記スリーブの中心孔を塞ぐように上記ハブに固定して設けられたカウンタープレートの上記スラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第1のスラスト動圧溝を設け、上記スラスト板の上記第1のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向する上記スリーブ部分に、第2のスラスト動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, the sleeve and the hub, A rotor having a magnet fixed to the hub, and a spindle motor in which the rotor is rotated by magnetic interaction between the magnet and the stator;
A circular thrust plate having a diameter larger than a diameter of the shaft portion and a circular thrust plate provided at an end portion of the shaft opposite to the base and integrally formed of stainless steel to form a first integrated member. ,
The sleeve and the hub are integrally formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form a second integrated member,
The linear expansion coefficient of the first integrated member is set to within 17 × 10 −6 plus / minus 5%,
The linear expansion coefficient of the second integral member is set to within 14 × 10 −6 plus / minus 5% in a measurement in a range of 0 ° C. to 100 ° C.,
The axial thickness of the thrust plate portion is 0.15 to 0.35 mm,
The hardness of the second integral member is smaller than the hardness of the first integral member, and a dynamic pressure for a radial bearing is provided on a portion of the second integral member which is a softer member and facing the shaft. With a groove,
At a position facing the thrust plate, a counter plate fixed to the hub so as to cover the thrust plate and close the center hole of the sleeve and opposed to the thrust plate is provided for a thrust bearing. A first thrust dynamic pressure groove is provided, and a second thrust dynamic pressure groove is provided on the sleeve portion facing a surface of the thrust plate opposite to the surface facing the first thrust dynamic pressure groove. ,
A spindle motor.
上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部に設けられ、上記シャフト部分の径より大径となる円形状のスラスト板と上記シャフトとをステンレス鋼にて一体形成して第1の一体部材とし、
上記スリーブと上記ハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して第2の一体部材とし、
上記第1の一体部材の線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、
上記第2の一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で14×10−6プラス/マイナス5%以内とし、
上記第2の一体部材の硬度を上記第1の一体部材の硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記第2の一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設け、
上記スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共に上記スリーブの中心孔を塞ぐように上記ハブに固定して設けられたカウンタープレートの上記スラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第1のスラスト動圧溝を設け、上記スラスト板の上記第1のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向する上記スリーブ部分に、第2のスラスト動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, and a stator A rotor that rotates by magnetic interaction and rotates integrally with the sleeve.
A circular thrust plate having a diameter larger than a diameter of the shaft portion and a circular thrust plate provided at an end portion of the shaft opposite to the base and integrally formed of stainless steel to form a first integrated member. ,
The sleeve and the hub are integrally formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form a second integrated member,
The linear expansion coefficient of the first integrated member is set to within 17 × 10 −6 plus / minus 5%,
The linear expansion coefficient of the second integral member is set to within 14 × 10 −6 plus / minus 5% in a measurement in a range of 0 ° C. to 100 ° C.,
The hardness of the second integral member is smaller than the hardness of the first integral member, and a dynamic pressure for a radial bearing is provided on a portion of the second integral member which is a softer member and facing the shaft. With a groove,
At a position facing the thrust plate, a counter plate fixed to the hub so as to cover the thrust plate and close the center hole of the sleeve and opposed to the thrust plate is provided for a thrust bearing. A first thrust dynamic pressure groove is provided, and a second thrust dynamic pressure groove is provided on the sleeve portion facing a surface of the thrust plate opposite to the surface facing the first thrust dynamic pressure groove. ,
A spindle motor.
上記シャフトをステンレス鋼にて形成し、
上記スリーブと上記ハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、
上記シャフトの線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、上記一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で11×10−6〜15×10−6とし、
上記一体部材の硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, and a stator A rotor that rotates by magnetic interaction and rotates integrally with the sleeve.
The shaft is made of stainless steel,
The sleeve and the hub are integrally formed from an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form an integral member,
The linear expansion coefficient of the shaft is set to within 17 × 10 −6 plus / minus 5%, and the linear expansion coefficient of the integrated member is set to 11 × 10 −6 to 15 × 10 −6 in a range of 0 ° C. to 100 ° C. ,
The hardness of the integral member is smaller than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion of the integral member which is a softer member and facing the shaft.
A spindle motor.
上記スリーブと上記ハブとを、Alが65〜69重量%、Siが28〜32重量%、Cuその他が1〜5重量%で構成されるアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、この一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で上記シャフトの線膨張係数に対して1×10−6〜7×10−6だけ小さくし、上記一体部材の硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, and a stator A rotor that rotates by magnetic interaction and rotates integrally with the sleeve.
The sleeve and the hub are integrally formed of an aluminum silicon alloy composed of 65 to 69% by weight of Al, 28 to 32% by weight of Si, and 1 to 5% by weight of Cu or the like to form an integral member. The linear expansion coefficient of the integrated member is reduced by 1 × 10 −6 to 7 × 10 −6 with respect to the linear expansion coefficient of the shaft in a measurement in a range of 0 ° C. to 100 ° C., and the hardness of the integrated member is reduced by the shaft. Hardness is smaller, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion facing the shaft on the integrated member side which is a softer member,
A spindle motor.
上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部に円形状のスラスト板を設け、
上記スリーブと上記ハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、
上記シャフトを、Crを10.5〜32重量%、Niを4〜13重量%含有した鉄系合金となるステンレス鋼で形成し、
上記一体部材の上記シャフトと対向する部分である上記スリーブの内面に、ラジアル軸受用の動圧溝を設け、上記スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共に上記スリーブの中心孔を塞ぐように上記ハブに固定して設けられたカウンタープレートの上記スラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第1のスラスト動圧溝を設け、上記スラスト板の上記第1のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向する上記スリーブ部分に、第2のスラスト動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, and a stator A rotor that rotates by magnetic interaction and rotates integrally with the sleeve.
A circular thrust plate is provided at the end of the shaft opposite to the base,
The sleeve and the hub are integrally formed from an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form an integral member,
The shaft is made of stainless steel which is an iron-based alloy containing 10.5 to 32% by weight of Cr and 4 to 13% by weight of Ni,
A dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on the inner surface of the sleeve, which is the portion of the integral member facing the shaft, and the center hole of the sleeve is located at a position facing the thrust plate and covering the thrust plate. A first thrust dynamic pressure groove for a thrust bearing is provided at a position opposite to the thrust plate of a counter plate fixed to the hub so as to close the first thrust plate, and the first thrust dynamic pressure groove of the thrust plate is provided. A second thrust dynamic pressure groove was provided on the sleeve portion facing the surface opposite to the surface facing the
A spindle motor.
上記スリーブと上記ハブとを、少なくとも0℃〜100℃の温度範囲で、温度が高くなるほど線膨張係数が大きくなる、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、上記シャフトの線膨張係数を上記一体部材の線膨張係数より大きくかつ上記温度範囲で一定とし、上記一体部材の硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, and a stator A rotor that rotates by magnetic interaction and rotates integrally with the sleeve.
The sleeve and the hub are at least in a temperature range of 0 ° C. to 100 ° C., and the linear expansion coefficient is increased as the temperature is increased. The linear expansion coefficient of the shaft is larger than the linear expansion coefficient of the integrated member and is constant in the temperature range, and the hardness of the integrated member is smaller than the hardness of the shaft. Provided a dynamic pressure groove for a radial bearing in a portion facing the shaft,
A spindle motor.
上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部に設けられた円形状のスラスト板であって、上記シャフトの径より大径のスラスト板と上記シャフトとをステンレス鋼にて一体形成して一体部材とし、上記スラスト板部分の軸方向厚さを0.1〜0.7mmとした、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a hub rotating integrally with the sleeve, a stator fixed to the base, and a stator A rotor that rotates by magnetic interaction and rotates integrally with the sleeve.
A circular thrust plate provided at an end of the shaft opposite to the base, wherein the thrust plate having a diameter larger than the diameter of the shaft and the shaft are integrally formed of stainless steel to form an integral member. And the axial thickness of the thrust plate portion was 0.1 to 0.7 mm,
A spindle motor.
上記シャフトをステンレス鋼にて形成し、
上記スリーブを含むロータを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、
上記シャフトの線膨張係数を17×10−6プラス/マイナス5%以内とし、上記一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で11×10−6〜15×10−6とし、
上記一体部材の硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator that rotates the rotor by:
The shaft is made of stainless steel,
A rotor including the sleeve is integrally formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form an integral member,
The linear expansion coefficient of the shaft is set to within 17 × 10 −6 plus / minus 5%, and the linear expansion coefficient of the integrated member is set to 11 × 10 −6 to 15 × 10 −6 in a range of 0 ° C. to 100 ° C. ,
The hardness of the integral member is smaller than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion of the integral member which is a softer member and facing the shaft.
A spindle motor.
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator for rotating the rotor by rotating the rotor including the sleeve by 65 to 69% by weight of Al, 28 to 32% by weight of Si, and 1 to 5% by weight of Cu and others. An integral member is formed by integrally forming the formed aluminum-silicon alloy, and the linear expansion coefficient of the integrated member is 1 × 10 −6 to 7 × 10 −6 to 7 with respect to the linear expansion coefficient of the shaft measured in a range of 0 ° C. to 100 ° C. × 10 −6, and the hardness of the integral member is smaller than the hardness of the shaft, and the shaft is the integral member side that is a softer member. With a dynamic pressure groove for radial bearing in the part facing
A spindle motor.
上記スリーブと上記ロータとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、
上記一体部材の線膨張係数を10×10−6〜17×10−6であって上記シャフトの線膨張係数以下とし、
上記一体部材の硬度を上記シャフトの硬度以下とし、同等またはよりやわらかな部材となる上記一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator that rotates the rotor by:
The sleeve and the rotor are integrally formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form an integral member,
The linear expansion coefficient of the integral member is 10 × 10 −6 to 17 × 10 −6 and is equal to or less than the linear expansion coefficient of the shaft,
The hardness of the integral member is equal to or less than the hardness of the shaft, and a dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion facing the shaft on the integral member side which is an equivalent or softer member,
A spindle motor.
上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部に設けられる円形状のスラスト板と上記シャフトとをステンレス鋼にて一体形成して第1の一体部材とし、
上記スリーブと上記ロータとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて一体形成して第2の一体部材とし、
上記第2の一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で10×10−6〜17×10−6であって上記第1の一体部材の線膨張係数以下とし、
上記第2の一体部材の硬度を上記第1の一体部材の硬度以下とし、同等またはよりやわらかな部材となる上記第2の一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator that rotates the rotor by:
A circular thrust plate provided at an end of the shaft opposite to the base and the shaft are integrally formed of stainless steel to form a first integrated member;
The sleeve and the rotor are integrally formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components to form a second integrated member,
The linear expansion coefficient of the second integral member is 10 × 10 −6 to 17 × 10 −6 in a measurement in a range of 0 ° C. to 100 ° C. and is equal to or less than the linear expansion coefficient of the first integral member,
The hardness of the second integral member is equal to or less than the hardness of the first integral member, and a dynamic bearing for a radial bearing is provided on a portion of the second integral member which is an equal or softer member and faces the shaft. With a pressure groove,
A spindle motor.
上記スリーブと上記ロータとを、Alが65〜84重量%、Siが15〜32重量%、Cuその他が1〜5重量%で構成されるアルミシリコン合金にて一体形成して一体部材とし、この一体部材の線膨張係数を0℃〜100℃の範囲の測定で上記シャフトの線膨張係数に対して0〜7×10−6だけ小さくし、上記一体部材の硬度を上記シャフトの硬度以下とし、同等またはよりやわらかな部材となる上記一体部材側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けた、
ことを特徴とするスピンドルモータ。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator that rotates the rotor by:
The sleeve and the rotor are integrally formed of an aluminum silicon alloy composed of 65 to 84% by weight of Al, 15 to 32% by weight of Si, and 1 to 5% by weight of Cu and the like to form an integral member. The linear expansion coefficient of the integral member is reduced by 0 to 7 × 10 −6 with respect to the linear expansion coefficient of the shaft in a measurement in a range of 0 ° C. to 100 ° C., and the hardness of the integral member is set to be equal to or less than the hardness of the shaft, A dynamic pressure groove for a radial bearing is provided on a portion facing the shaft on the side of the integrated member which is an equivalent or softer member,
A spindle motor.
上記シャフトと上記ベースの軸方向厚さを完成状態に比べ厚くしておき、上記シャフトを上記ベースに組み込んだ後に、上記シャフトの底側の一部と上記ベースの底側の一部とを、同時にかつ両者の切り取り面が一定の平面となるように切り取り、完成状態の厚さとした、
ことを特徴とするスピンドルモータの製造方法。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably disposed around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, a stator fixed to the base, and fixed to the rotor A method for manufacturing a spindle motor, comprising a magnet, wherein the rotor is rotated by magnetic interaction between the magnet and the stator.
The axial thickness of the shaft and the base is made thicker than the completed state, and after the shaft is incorporated into the base, a part of the bottom side of the shaft and a part of the bottom side of the base are At the same time, the cut surfaces of both were cut so as to be a constant plane, and the thickness of the finished state was obtained.
A method for manufacturing a spindle motor.
上記シャフトと上記ベースの軸方向厚さを完成状態に比べ厚くしておき、上記シャフトを上記ベースに組み込んだ後に、上記シャフトの底側の一部と上記ベースの底側の一部とを、同時にかつ両者の切り取り面が一定の平面となるように切り取り、完成状態の厚さとした、
ことを特徴とするスピンドルモータの製造方法。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator that rotates the rotor, thereby producing a spindle motor.
The axial thickness of the shaft and the base is made thicker than the completed state, and after the shaft is incorporated into the base, a part of the bottom side of the shaft and a part of the bottom side of the base are At the same time, the cut surfaces of both were cut so as to be a constant plane, and the thickness of the finished state was obtained.
A method for manufacturing a spindle motor.
上記シャフトを上記ベースに組み込んだ後に、上記ベースに電流を流し、上記シャフトと上記ベースの接触部分を分子間結合させることを特徴とするスピンドルモータの製造方法。A metal base, a metal shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and a rotor fixed to the base and And a stator that rotates the rotor by magnetic interaction between the spindle motor and the method of manufacturing a spindle motor.
A method for manufacturing a spindle motor, comprising: applying an electric current to the base after assembling the shaft into the base, so as to intermolecularly bond a contact portion between the shaft and the base.
上記スリーブと上記ロータ、または上記スリーブと上記ロータの一部となるハブとを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成した一体部材から構成し、
その一体部材は、シリコンの含有量を調節することで、その線膨張係数を10×10−6〜17×10−6の範囲内とすると共に、アルミニウム粉とシリコン粉とを混合して焼結した後、鍛造にて形成したことを特徴とするスピンドルモータの製造方法。A base, a shaft fixed to the base, a sleeve rotatably arranged around the shaft, a rotor integrally rotating with the sleeve, and magnetic interaction between the rotor fixed to the base and the rotor And a stator that rotates the rotor, thereby producing a spindle motor.
The sleeve and the rotor, or the sleeve and a hub that is a part of the rotor, are formed from an integral member formed of an aluminum silicon alloy having aluminum and silicon as components,
By adjusting the content of silicon, the integral member has a coefficient of linear expansion within a range of 10 × 10 −6 to 17 × 10 −6 , and mixes aluminum powder and silicon powder to sinter. And manufacturing the spindle motor by forging.
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