JP2005257076A - 流体動圧軸受システム及びその製造方法並びにスピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑油が不足し又は溢れるのを防止するために、製造業者がシステム内の潤滑油の液面の高さを観察することのできる流体動圧軸受システム設計を提供する。
【解決手段】 本発明の実施の一形態に係る流体動圧軸受システムは、軸受スリーブと、軸受スリーブの内部円筒状内腔に挿入されたシャフトと、を有する流体動圧軸受システムである。軸受間隙が、シャフトと軸受スリーブとの間に形成されており、軸受間隙には、潤滑油が充填される。シールドが、軸受スリーブを囲繞する。シールドは、軸受間隙から離隔した位置において、軸受スリーブの上面に形成された凹陥部内に固定される。シールドは、凹陥部内に配置された金属リングによって、凹陥部の鋭角のエッジに押し付けられる。
【選択図】 図２ａ

Description

本発明は、全体として、スピンドルモータの分野に関する。より詳細には、本発明は、軸受部内のシャフトを支持するために流体動圧軸受を用い、軸受部に封入された潤滑油によりシャフトが囲繞されるスピンドルモータに関する。

ディジタル情報を記憶するために、ディスクドライブ記憶装置が、長年、コンピュータにおいて使用されている。情報は、磁気ディスク媒体の同心円記憶トラック上に記録され、実際の情報は、媒体内における磁気転移の形態で記憶される。ディスク自体は、スピンドルに回転可能に取り付けられ、情報は、通常、ディスクの表面全体を半径方向に移動するピボットアーム上に配置されたリード／ライトヘッドによってアクセスされる。情報の適切な読み出し及び書き込みを保証するために、リード／ライトヘッド又はトランスデューサは、ディスク上の記憶トラックに正確に位置合わせされなければならない。

動作中、ディスクは、通常、ハブの内部又はディスクの下に配置された電気モータによって、密閉ハウジング内を極めて速い速度で回転する。一般的に使用されるモータの一つの種類は、インハブモータ又はインスピンドルモータとして知られている。そのようなインスピンドルモータは、典型的には、ハブの中央に配置されたモータシャフトに二つのボールベアリングシステムによって取り付けられたスピンドルを有する。しかしながら、情報記憶システムの大きさが、小さくなるにつれて、流体動圧軸受を含むその他の種類の軸受が、開発されている。

これらの種類のシステムにおいては、気体又は液体のいずれかである潤滑流体が、静止したベース又はハウジングと回転するスピンドルとの間において、又は、回転するハブとモータの静止した周囲部分との間において、実際の軸受面の役割を担う。例えば、油を含む液体潤滑剤、より複雑な強磁性流体、又は、空気さえもが、流体動圧軸受システムにおいて使用するために利用されている。空気の使用が普及している理由は、汚染物質がヘッドディスクハウジングの封止領域内に放出されるのを防止することが重要だからである。しかしながら、空気は、油が有する減摩性を提供しない。空気の低い粘性は、より小さな軸受間隙を必要とし、そのために、同様の動的特性を実現するためには、より高い許容規格を必要とする。

液体潤滑剤を使用する流体動圧軸受の場合、軸受負荷容量を減少させることになる潤滑剤の減少を防止するために、潤滑流体と軸受の構成要素とは、軸受内に封止されなければならない。あまりにも多くの潤滑剤が軸受から蒸発すれば、スピンドル及びハウジングの物理的な表面が相互に接触することがあり、軸受システムの大きな摩耗と不測の故障とをもたらす。同様に重大なことには、軸受システム内の損失、又は、軸受システム内の液面の高さ制御不能は、ガス放出関連結露と同様に、潤滑剤粒子及び潤滑剤液滴によるハードディスクドライブの汚染を引き起こすことがある。

液体潤滑流体動圧軸受の従来技術による設計のさらなる問題点は、スピンドルモータの動作中に、潤滑流体がシャフト上に飛び散ることがあり、そのシャフトに沿って外部環境へ流出することである。この油の流出及び／又は飛散を防止するために、封止シールドが、軸受システムを密閉するシャフトの一端に提供され得る。

シールドを備えている通常の流体動圧軸受システム１００の例が、図２（ｂ）に示されている。流体動圧軸受システム１００は、軸受エレメント１１４が固定されているシャフト１１２を備えている。シャフト１１２は、軸受スリーブ１１６の内部円筒状内腔に挿入され、それによって、軸受間隙が、軸受エレメントを備えているシャフトの外面とスリーブの内面との間に形成される。軸受間隙には、潤滑油１１８が充填される。余分な油を収容するために、油溜め１２２が、軸受間隙の上部に備えられている。円筒状開口１３２を有するシールド１２０が、シャフト１１２上に配置されて、軸受スリーブ１１６のステップ１２６に固定されており、それによって、シールド１２０の内面は、潤滑油１１８に部分的に接触する。油注入孔１２８が、シールドに設けられており、潤滑油１１８を軸受間隙内に注入することができる。

従来の流体動圧軸受システム１００を組み立てるとき、軸受エレメント１１４は、シャフト１１２上にプレス嵌めされ、そのシャフト１１２が、軸受スリーブ１１６の内部円筒状内腔に挿入される。そして、シールド１２０が、軸受スリーブのステップ１２６上に配置され、それによって、シャフト１１２は、円筒状開口１３２から突出する。また、シールド１２０は、基準点１２４において、軸受スリーブにレーザ溶接される。次に、潤滑油１１８が、油注入孔１２８を介して、軸受間隙内に注入される。

スピンドルモータが、適切に動作するためには、過不足のない量の潤滑油を油注入孔を介して注入することが極めて重要である。しかしながら、上述した組み立て方法によれば、製造業者は、システム内部の潤滑油の液面の高さを観察することができず、そのために、潤滑油が不足し又は溢れるのを防止することができない。製造業者の視界は、シールドによって遮断される。けれども、油が注入された後に、シールドが軸受スリーブに固定されるとすると、潤滑油は、シールドの直近に存在することになるので、シールドをレーザ溶接することによって、潤滑油を過熱させてしまう。

このように、当該分野においては、潤滑油が不足し又は溢れるのを防止するために、製造業者がシステム内の潤滑油の液面の高さを観察することのできる流体動圧軸受システム設計が必要とされている。

本発明の一つの態様においては、軸受スリーブと、軸受スリーブの内部円筒状内腔に挿入されたシャフトと、を備えている流体動圧軸受システムが提供される。軸受間隙が、シャフトと軸受スリーブとの間に形成され、軸受間隙には、潤滑油が注入される。軸受スリーブの上面は、鋭角のエッジを有する凹陥部を備え、凹陥部は、さらに、その中に配置された金属リングを有する。シールドは、シールドの側壁の一部分が、備えられている金属リングによりスリーブの凹陥部の鋭角のエッジに押し付けられるようにして、軸受スリーブを密閉する。従って、シールドは、軸受間隙から離隔した位置において、軸受スリーブの上端面に固定される。シールド、リング、及び、鋭角のエッジは、金属遮断シールを形成する。シールドは、潤滑油に接触しない。

本発明の別の態様においては、流体動圧軸受システムの製造方法が提供される。提供された方法によれば、軸受エレメントが、先ず最初にシャフト上に取り付けられ、そして、シャフトが、軸受スリーブ内に挿入され、注入される潤滑油の液面の高さを観察しながら、シャフトと軸受スリーブとの間に形成された軸受間隙に潤滑油が注入される。そして、シールドが潤滑油に接触しないようにしながら、シールドが、軸受スリーブの凹陥部内に配置され、金属リングにより凹陥部の鋭角のエッジに押し付けられる。

上述した態様、利点及び特徴は、代表的な実施の形態のみに関するものである。それらの実施の形態は、特許請求の範囲に規定される本発明を限定するものではないと考えるべきである。本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の説明、図面及び特許請求の範囲から明らかとなる。

非限定的な例としての実施の形態及び添付の図面によって、本発明が説明される。図面においては、類似する符号は、類似又は対応する部品を示す。

図１に示されるように、スピンドルモータ１０は、回転子部及び固定子部を備えている。回転子部は、ハブ３４の内部空洞内に固定された軸受スリーブ１６を有するハブ３４を備えている。磁気ディスク（図示せず）が、ハブとともに回転するように、ハブ３４の上部に固定されていてもよい。ヨーク部３６は、ハブ３４の下端に固定されている。永久磁石３８は、ハブ３４のヨーク部に固定されている。固定子部は、軸受スリーブ１６の内部円筒状内腔に挿入された固定シャフト１２を備えている。軸受エレメント１４は、軸受エレメントを備えた固定シャフトの外面と軸受スリーブの内面との間に軸受間隙が形成されるように、固定シャフト１２上に取り付けられる。図１に示されている軸受エレメントは、スプール軸受を形成するが、何らかのその他の種類の流体動圧軸受が、本発明とともに使用されてもよい。例えば、円錐軸受エレメントが、軸受エレメント１４として使用されてもよい。

軸受間隙には、潤滑油１８が充填される。固定シャフト１２は、その下端がフレーム（図示せず）に固定され、その上端が上部カバー（図示せず）に固定されている。巻線４４を備えた固定子鉄心４２は、フレームに固定されており、それによって、固定子鉄心４２は、回転子部の永久磁石３８と対向した関係で配置されている。永久磁石３８及び巻線を備えた固定子鉄心４２により生成される磁界の作用によって、ハブ３４を備えた軸受スリーブ１６は、潤滑油の膜が介在する固定シャフト１２を中心として回転する。

図２ａに詳細に示されているように、軸受スリーブ１６及び軸受エレメント１４の上端において、それらの軸受スリーブ１６と軸受エレメント１４との間に、余分な潤滑油を収容するための油溜め２２が形成されている。凹陥部２４が、軸受スリーブ１６の上方端部に形成されている。シールド２０は、シャフト１２上及び軸受スリーブ１６の上面上に配置され、それによって、シールド２０の側壁の下部は、凹陥部２４内に挿入されている。固定シャフト１２は、シールド２０の円筒状開口３２から突出している。

凹陥部２４は、さらに、鋭角のエッジ２１を備えており、その鋭角のエッジ２１は、好ましくは、凹陥部の上部に形成され、そして、金属リング２３が、凹陥部２４内に配置されている。シールド２０の側壁の下部が凹陥部内に配置されると、金属リング２３は、シールド２０を鋭角のエッジ２１に押し付け、それによって、シールド２０を凹陥部内に堅固に固定している。シールド、リング、及び、鋭角のエッジは、金属遮断シールを形成する。好適な実施の形態においては、シールド２０と軸受スリーブ１６との取付位置は、シールド２０が潤滑油１８に接触しないように、油溜め２２及び軸受間隙から離隔して配置されている。さらに、提供される組立品は、溶接を必要としないので、軸受スリーブ１６及び潤滑油１８の溶接による過熱を未然に防止することができる。

代替として、図３に示されているように、鋭角のエッジ２１は、凹陥部２４の垂直壁の中央部に形成されていてもよい。この実施の形態においては、鋭角のエッジ２１の上面は、シールドの側壁に接近するように下方に向かって傾斜していてもよい。図２ａを参照して上述した実施の形態においては、エッジ２１の上面は、水平であり、エッジ２１の下面は、シールドから離隔するように下方に向かって傾斜している。図２ａに示されている実施の形態は、シールドの表面にバリが生じるのを防止することが目的である場合、より有利であり得る。

本発明に係る流体動圧軸受システムを組み立てるために、軸受エレメント１４は、シャフト１２上にプレス嵌めされ、そして、そのシャフト１２は、軸受スリーブ１６の内部円筒状内腔に挿入される。次に、潤滑油１８が、軸受間隙内に注入される。潤滑油注入プロセスは、好ましくは、顕微鏡の制御下において、マイクロドロップ法により実施される。シールド２０は、軸受スリーブ１６の開口部上には配置されないので、製造業者は、軸受間隙及び油溜め内の潤滑油の液面の高さを容易に観察することができる。これによって、潤滑油が不足し又は溢れるのを防止することができる。そして、シールド２０が鋭角のエッジ２１に押し付けられて配置され、かつ、シャフト１２が円筒状開口３２から突出するようにして、シールド２０が、軸受スリーブの上部に存在する凹陥部２４内に配置される。そして、凹陥部２４内に挿入された金属リング２３によって、シールド２０は、鋭角のエッジ２１に押し付けられる。

本発明によって提供されるシールド及び軸受スリーブの設計によれば、製造業者は、過不足のない量の潤滑油を注入することができる。なぜなら、製造業者は、システム内部に存在する潤滑油の液面の高さを観察することができるからであり、それによって、潤滑油が不足し又は溢れるのを防止することができる。製造業者の観察は、もはやシールドによって妨げられることはない。シールドは、溶接せずに、スリーブの凹陥部内に固定されるので、レーザ溶接プロセス中に、潤滑油が過熱することがない。従って、潤滑油を注入した後に、シールドを軸受スリーブに固定することができる。

読者の利便のため、上記説明は、考えられるあらゆる実施の形態のなかの代表的な例についてなされ、その例は、本発明の原理を教示するものであり、かつ、それを実施するための最良の形態を示唆するものである。この説明は、考えられるあらゆる変形を余すところなく列挙することを意図していない。その他の記述されていない変形又は変更を考えることができる。例えば、複数の別の実施の形態が説明される場合、多くの場合、異なる実施の形態の要素を組み合わせることが可能であり、又は、ここで説明された実施の形態の要素を、明確に記述されていないその他の変更又は変形と組み合わせることが可能である。それらの記述されていない変形及び変更の多くは、字義通りの特許請求の範囲内に存在し、その他の変形及び変更は、特許請求の範囲に記載されるものと等価である。

流体動圧軸受システムを有するスピンドルモータの断面図である。 本発明に係る新規設計のシールド及びスリーブを有する流体動圧軸受システムの部分断面図である。 従来設計のシールド及び軸受スリーブを有する流体動圧軸受システムの部分断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る新規設計のシールド及びスリーブを有する流体動圧軸受システムの部分断面図である。

符号の説明

１０ スピンドルモータ
１２ 固定シャフト
１４ 軸受エレメント
１６ 軸受スリーブ
２０ シールド
３４ ハブ
３６ ヨーク部
３８ 永久磁石
４２ 固定子鉄心
４４ 巻線

Claims (16)

1. シャフトと、
   前記シャフトが挿入された内部円筒状内腔を有する軸受スリーブと、
   前記シャフトと前記軸受スリーブとの間に形成され、潤滑油が充填された軸受間隙と、
   前記軸受スリーブを囲繞するシールドと、
   を備えている流体動圧軸受システムであって、
   前記軸受スリーブは、鋭角のエッジを有する凹陥部をさらに備え、前記シールドが、前記凹陥部の前記鋭角のエッジに押し付けられることにより、前記軸受スリーブに固定されていることを特徴とする流体動圧軸受システム。
2. 少なくとも一つのリングをさらに備え、前記リングは、前記凹陥部内に挿入されて前記シールドを前記鋭角のエッジに押し付けるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受システム。
3. 前記シャフト上に取り付けられた少なくとも一つの軸受エレメントをさらに備え、前記軸受間隙は、前記軸受スリーブと前記軸受エレメントとの間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受システム。
4. 潤滑油溜めをさらに備え、前記潤滑油溜めから離隔した位置において、前記シールドは、前記軸受スリーブの前記凹陥部内に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受システム。
5. 前記軸受間隙から離隔した端面上の位置において、前記シールドは、前記軸受スリーブに固定されており、前記シールドが、前記潤滑油と接触することがないことを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受システム。
6. 前記リングは、金属リングであることを特徴とする請求項２に記載の流体動圧軸受システム。
7. 前記シールド、前記リング、及び、前記凹陥部の前記鋭角のエッジは、金属遮断シールを形成することを特徴とする請求項６に記載の流体動圧軸受システム。
8. シャフトと、
   前記シャフトが挿入された内部円筒状内腔を有する軸受スリーブと、
   前記シャフトと前記軸受スリーブとの間に形成され、潤滑油が充填された軸受間隙と、
   前記軸受スリーブを囲繞するシールドと、
   を備えている流体動圧軸受システムを有するスピンドルモータであって、
   前記軸受スリーブは、鋭角のエッジを有する凹陥部をさらに備え、前記シールドが、前記凹陥部の前記鋭角のエッジに押し付けられることにより、前記軸受スリーブに固定されていることを特徴とするスピンドルモータ。
9. 少なくとも一つのリングをさらに備え、前記リングは、前記凹陥部内に挿入されて前記シールドを前記鋭角のエッジに押し付けるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のスピンドルモータ。
10. 前記シャフト上に取り付けられた少なくとも一つの軸受エレメントをさらに備え、前記軸受間隙は、前記軸受スリーブと前記軸受エレメントとの間に形成されていることを特徴とする請求項８に記載のスピンドルモータ。
11. 潤滑油溜めをさらに備え、前記潤滑油溜めから離隔した位置において、前記シールドは、前記軸受スリーブの前記凹陥部内に固定されていることを特徴とする請求項８に記載のスピンドルモータ。
12. 前記軸受間隙から離隔した端面上の位置において、前記シールドは、前記軸受スリーブに固定されており、前記シールドが、前記潤滑油と接触することがないことを特徴とする請求項８に記載のスピンドルモータ。
13. 前記リングは、金属リングであることを特徴とする請求項９に記載のスピンドルモータ。
14. 前記シールド、前記リング、及び、前記凹陥部の前記鋭角のエッジは、金属遮断シールを形成することを特徴とする請求項１３に記載のスピンドルモータ。
15. 軸受エレメントをシャフト上に取り付けるステップと、
    前記軸受エレメントを備えた前記シャフトを軸受スリーブ内に挿入するステップと、
    潤滑油の液面の高さを観察しながら軸受間隙に前記潤滑油を充填するステップと、
    シールドの一部分が前記軸受スリーブの凹陥部内に挿入されるように、前記シールドを前記軸受スリーブ上に配置するステップと、
    前記シールドの前記一部分を前記凹陥部の鋭角のエッジに押し付けることにより、前記シールドを前記軸受スリーブに固定するステップと、
    を備えていることを特徴とする流体動圧軸受システムの製造方法。
16. 前記シールドを固定する前記ステップは、リングが前記シールドの前記一部分を前記凹陥部の前記鋭角のエッジに押し付けるように、前記リングを前記凹陥部内に挿入することをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の流体動圧軸受システムの製造方法。

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