JP2006105398A - 流体動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトが静止している構造のスピンドルモータでも、中心部の留めネジを使用できるように改良した流体動圧軸受を提供する。
【解決手段】静止しているシャフトと、シャフトに結合されるスラストプレート３と、シャフトの回転軸２２の周囲で回転可能である軸受スリーブ４と、軸受スリーブ４を閉塞するカバー部材５を備え、シャフトは、中空シャフト２であり、カバー部材５には、回転軸２２と同心に円筒形状部６が設けられ、円筒形状部６は、中空シャフト２に収容され、中空シャフト２の内径周面とカバー部材５の円筒形状部６の外径周面との間には、外周側に位置する外周側軸受間隙８と繋がる内周側軸受間隙９が形成されて、軸受流体が充填される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ハードディスクドライブの記憶ディスク駆動用スピンドルモータを回転自在に軸支する流体動圧軸受装置のように、静止するシャフトの周囲で回転可能である軸受スリーブを備える流体動圧軸受装置に関する。

スピンドルモータは、実質的にステータと、ロータと、そのステータとロータの間に配置される少なくとも１つの軸受装置により構成される。電動駆動されるロータは、ステータに対向した状態で、軸受装置の補助を受けて回転自在に軸支される。この場合の軸受装置としては、転がり軸受、及び、流体動圧軸受装置が用いられる。

流体動圧軸受の構造としては、静止している（固定された）シャフトと、そのシャフトを収容するための軸方向孔が設けられた軸受スリーブにより構成される構造がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。この構造では、軸受スリーブは、シャフトと共にラジアル軸受を形成しており、静止しているシャフトの周囲を自由に回転する。

ここでシャフト及び軸受スリーブの互いに協働する各軸受面は、同心で狭い軸受間隙により、お互いが離間されて、潤滑剤が充填されている。この各軸受面の少なくとも一方には、シャフトと軸受スリーブの間の相対的な回転運動に従って、軸受間隙に介在する潤滑剤に局部的な加速力を与える表面パターンが設けられる。この方法により一種のポンプ作用が発生し、軸受間隙内に、均質で均一の厚みを有する潤滑剤皮膜を得ることができ、流体動圧領域を安定させることができる。又、ここでの軸受スリーブは、例えば、ハードディスクドライブの記憶ディスクが搭載されているロータの鐘形状部を支持するものである。

この軸受構造が回転軸に沿って変位することを回避するために、少なくとも１つの対応するスラスト流体動圧軸受部が設けられる。このスラスト流体動圧軸受部の場合、互いに協働する軸受面は、少なくとも一方の軸受面には表面パターンが設けられ、各々が回転軸に対して垂直な表面に配置され、そして、狭くて好適には平坦であり潤滑剤が充填される軸受間隙によって軸方向に離間される。軸方向の力を受容するために設けられるスラスト流体動圧軸受部は、好ましくは、シャフトの一方の端部に配置されるスラストプレートの端面を用いて形成される。その際に、上記したスラストプレートの一方の端面には、軸受スリーブの対応する端面が対向し、もう一方の端面には、カバー部材の内側端面が対向する。

上記したカバー部材によって、スラストプレート（の動圧）に対するカウンター（反力）ベアリング（軸受部）が形成され、そして、軸受装置の開口側が閉塞される。このようにして、潤滑剤が充填された軸受間隙に空気が侵入する事態を回避することができる。

また、静止している軸受スリーブと、その軸受スリーブの軸方向孔に回転自在に配置されるシャフトという構成の流体動圧軸受が知られている（例えば、特許文献２参照）。

独国（ＤＥ）実用新案公開（Ｕ１）第２０１１９７１６号明細書 米国（ＵＳ）特許（Ｂ１）公報第６１８３１３５号明細書

上記した従来の流体動圧軸受装置の場合には、スラストプレートに対するカウンターベアリングを構成するカバー部材は、１枚の薄い板である。シャフトが静止している構造のハードディスクドライブ用スピンドルモータの場合、例えば、ロータに記憶ディスクを搭載して固定するためのセンター（中心部）固定用ネジ（留めネジ）は使用することができない。その理由は、記憶ディスクを固定するためにその留めネジには十分な長さ寸法を与える必要があるが、上記したカバー部材の厚み寸法が、その留めネジを受け入れるに不十分なためである。そのため、シャフトが回転する構造になっているモータと比べた場合、シャフトが静止している構造のモータでは全高がどうしても高くなってしまうという問題があった。

本発明の課題は、シャフトが静止している構造のスピンドルモータでも、中心部の留めネジを使用できるように改良した流体動圧軸受を提供することである。更に本発明では、高い剛性と回転安定性も備える流体動圧軸受を提供することである。

上記した課題は、請求項１に述べられている流体動圧軸受装置によって解決される。
すなわち、本発明の流体動圧軸受装置は、静止しているシャフトと、シャフトに結合されるスラストプレートと、シャフトの回転軸の周囲で回転可能である軸受スリーブと、軸受スリーブを閉塞するカバー部材を備え、
シャフト及びスラストプレートの表面と、軸受スリーブ及びカバー部材の表面は、互いに対向して隔てられ、その外周側軸受間隙に軸受流体が充填されることにより、少なくとも１つのラジアル軸受領域及び少なくとも１つのスラスト軸受領域が形成される流体動圧軸受装置であって、
シャフトは、中空シャフトであり、
カバー部材には、回転軸と同心に円筒形状部が設けられ、
円筒形状部は、中空シャフトに収容され、
中空シャフトの内径周面とカバー部材の円筒形状部の外径周面との間には、外周側に位置する外周側軸受間隙と繋がる内周側軸受間隙が形成されて、軸受流体が充填される。

本発明の流体動圧軸受は、シャフトが静止している構造のスピンドルモータに用いられる場合に中心部の留めネジを使用することができ、高い剛性と回転安定性も備えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照し詳細に説明する。本発明の更なる特徴、効果及び用途をこれらの図面とその説明から得ることができる。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置を備えるスピンドルモータの概略断面図である。
このスピンドルモータは、例えばハードディスクドライブの記憶ディスク駆動用に用いられるものであるが、このスピンドルモータを駆動させるために必要である電磁部品（例えば、ステータ巻線や永久磁石等）は図示されていない。

図１のスピンドルモータは、静止しているベースプレート１を含んでいる。ベースプレート１の開口部には、そのベースプレート１に動かないように結合される中空シャフト２が配置されている。又、その中空シャフト２の自由端部には、後述するスラスト軸受領域１４、１５用のスラストプレート３を形成する環状のフランジ部が設けられている。

なお、スラストプレート３は、理想的には中空シャフト２と一体に形成されて良く、その中空シャフト２を収容するための円筒状の軸方向孔を備える軸受スリーブ４に周囲を囲まれる。

スラストプレート３は、そのスラストプレート３の外径寸法より大きな直径寸法で軸受スリーブ４に設けられる環状の凹部に収容される。軸受スリーブ４における上記した軸方向孔又は凹部の各内径寸法は、上記したシャフト２又はスラストプレート３の各外径寸法より僅かに大きく形成されるので、シャフト２及びスラストプレート３と、軸受スリーブ４との間には外周側の軸受間隙８が形成される。スラストプレート３又は軸受スリーブ４の上側の部分は、中空シャフト２の内部に入り込む円筒形状部６を備えるカバー部材５に覆われる。

なお、円筒形状部６の外径寸法は、中空シャフト２の内径寸法よりも僅かに小さく形成されるため、カバー部材５又はその円筒形状部６の外周面と、中空シャフト２の内周面との間には、内周側軸受間隙９が形成される。

軸受スリーブ４は、好適には、ハードディスクドライブ用の１枚又は複数枚の記憶ディスク（不図示）が搭載されるロータを構成する。又、カバー部材５には、例えば、ハードディスクドライブの記憶ディスクと軸受スリーブ４を結合させる留めネジを受け入れるためにセンター（中心部）に、円筒形状部６まで達するネジ穴７が設けられる。

図１に示されるように、外周側軸受間隙８は、スラストプレート３の周囲を覆って形成される軸受間隙部を介して、内周側軸受間隙９と繋がる。外周側軸受間隙８と内周側軸受間隙９の何れにも軸受流体が、好適にはオイルが充填される。外周側軸受間隙８から軸受流体が漏出することを防ぐため、又は、外周側軸受間隙８に不純物が侵入するのを防ぐため、軸受スリーブ４には外周側軸受間隙８の下側開口端部が位置する部分に、シール（いわゆる「ビスコ・シール」）として機能する切欠部２３が設けられる。その切欠部２３は、外周側軸受間隙８の下側開口端部に向かって円錐状に延伸されて形成されても良いし（不図示）、非常に小さなテーパ角度を有するいわゆる「ストレート・シール」として形成されても良い。

流体動圧軸受の本来の構成は、表面パターンによって特徴付けられる２つのラジアル軸受領域１０及び１２によって形成される。その表面パターンは、中空シャフト２の外周面及びその中空シャフト２と対向する軸受スリーブ４の内周面の双方、又は、中空シャフト２の外周面又はその中空シャフト２と対向する軸受スリーブ４の内周面の何れか一方に設けられる。

図２は、表面パターンが設けられている図１の中空軸受を示す側面図である。
図２では、中空シャフト２の外周面に、例えば、表面パターン１１及び１３が設けられている。それらの表面パターン１１、１３は、上記した図１のラジアル軸受領域１０、１２を構成している。勿論、表面パターン１１、１３は、軸受スリーブ４の対向する外周面に設けても良い。

この表面パターン１１、１３が存在することにより、回転自在である軸受スリーブ４が回転を始めるとすぐに、外周側軸受間隙８の中には動圧が発生し、ラジアル軸受領域１０及び１２は、荷重負荷にも耐えられるようになる。

軸受スリーブ４のシャフト２における自由端部側は、特別の構成を有するカバー部材５によって閉塞される。なお、そのカバー部材５は、好適には、軸受けスリーブ４に設けられた環状の凹部に配置される。カバー部材５には、回転軸２２に対して同心に配置される円筒形状部６が設けられる。円筒形状部６は、シャフト２の中に回転自在に収容され、それにより、シャフト２の内周面と円筒形状部６の外周面の間には内周側軸受間隙９が形成される。

スピンドルモータが回転する間、カバー部材５は、円筒形状部６とともに中空シャフト２の中で回転する。その中空シャフト２の自由端部側、言い換えれば、回転軸２２と垂直に延伸されるスラストプレート３の表面は、それに対応して対向するカバープレート５の上記自由端部側の表面、又は、それに対応して対向する軸受けスリーブ４の表面と協働してスラスト軸受領域１４及び１５（流体動圧軸受）を構成する。スラスト軸受領域１４、１５の表面の一部にも、軸受流体にポンプ作用を発生させる表面パターンが設けられている。そのような表面パターンの形状及び形態は、当該分野に関して専門的知識を有する者にとって公知であるので、ここであえて説明しない。

本実施形態では、中空シャフト２の内周面及び円筒形状部６の外周面に、更なるラジアル軸受領域１６を設けるようにしても良い。

図３は、表面パターン１７が設けられている図１のカバー部材５を示す側面図である。
図３には、円筒形状部６を含むカバー部材５が示されている。ここで、円筒形状部６の外周面には、上記した「更なるラジアル軸受領域１６」を構成する表面パターン１７が設けられる。勿論、表面パターン１７を、対応する中空シャフト２の内周面に設けるようにしても良い。

中空シャフト２には、外周側軸受間隙８及び内周側軸受間隙９の中で軸受流体を循環させることができるように、第１の内外周貫通孔１８を設けることで、外周側軸受間隙８及び内周側軸受間隙９を更に繋ぐようにしても良い。

中空シャフト２の下側端部は、円筒形状部６の下側端部に接触しないようにその中空シャフト２中で動かないように収容される栓部２０により閉塞される。円筒形状部６の下側端部と栓部２０との間には、内周側軸受間隙９の閉塞端部を構成する空間が残される。又、栓部２０の外径周面に、段部、切り欠き部２３又は貫通孔を設けることにより、栓部２０の外径周面の小径部と中空シャフト２の内径周面との間に流路２１を形成させるようにしても良い。その流路２１は、内周側軸受間隙９を下方向へ延伸させて、流路２１と外周側軸受間隙８とを繋ぐように中空シャフト２に設けられる第２の内外周貫通孔１９と繋がるようにしても良い。そうすることで、流路２１を、外周側軸受間隙８と内周側軸受間隙９の間に介在する軸受流体に対する更なる循環流路として機能させることができる。

栓部２０を用いる代わりに、栓部２０がはめ込まれるシャフト２を貫通した中空構造とはしないで、シャフト２の上部のみを削って中空にするようにしても良い。

中空シャフト２における第１の内外周貫通孔１８及び第２の内外周貫通孔１９は、一般的には、その中空シャフト２において、外周側軸受間隙８と内周側軸受間隙９とを繋ぐことが可能である任意の場所に設けても良い。

本実施形態に係る流体動圧軸受装置では、シャフト２は中空である。又、カバー部材５には、回転軸２２と同心であって、中空であるシャフト（中空シャフト２）に回転自在に収容される円筒型の突出部（円筒形状部６）が設けられている。その円筒形状部６は、上記中空シャフト２の中空部の内径周面と円筒形状部６の外径周面との間に軸受間隙（内周側軸受間隙９）を形成させてそこに軸受流体を介在させる形態で、中空シャフト２の中空部内に回転自在に収容される。なお、その内周側軸受間隙８は、外周側に位置する外周側軸受間隙８と繋がっている。

中空シャフト２及びカバー部材５を上記のような形態にすることで、そのカバー部材５に、留めネジを受け入れるネジ山を設けることが可能になる。なお、そのネジ山の大部分は、上記した円筒形状部６の中に設けられることになる。これによりモータの全高を抑えることができる。

本実施形態の好適な構成では、カバープレート（カバー部材５）は、軸受スリーブ４に設けられた凹部に受け入れられる。このように構成することで、軸受スリーブ４とカバープレートを協働させて、実質的に１つの平面を構成させることができる。

本発明の好適な別の実施形態としては、軸受スリーブ４が直接に、スピンドルモータのロータを構成するように構成しても良い。言い換えるならば、軸受スリーブ４をロータと一体化させることで、軸受スリーブ４にロータを構成する部材の一部を構成させるようにしても良い。

同様に、スラストプレート３も、軸受スリーブ４に設けられた凹部に収容されて、カバー部材５に覆われるようにしても良い。又、スラストプレート３は、好適には、中空シャフト２と一体に形成しても良い。但し、スラストプレート３と中空シャフト２を各々別に形成して、後に結合するようにしても良い。

本実施形態では、カバー部材５に設けられた突出部（円筒形状部６）と、中空シャフト２及びスラストプレート３におけるこれに対応する部分を協働させて、上記した流体動圧軸受装置の主要部分として機能させるようにしても良い。これにより、上記中空シャフト２の内周面及び上記カバー部材５の突出部の外周面の双方、又は、上記中空シャフト２の内周面又は上記カバー部材５の突出部の外周面の何れか一方には、表面パターン１７が設けられ、それによって、更なるラジアル軸受領域１６が形成される。

本実施形態では、スラストプレート３とカバー部材５の互いに対向する表面、又は、スラストプレート３と軸受スリーブ４の互いに対向する表面によって、好適には、二重のスラスト軸受領域１４、１５が形成される。これにより軸受の高剛性化および回転の安定化を図ることができる。

本実施形態の場合には、内周側軸受間隙９と外周側軸受間隙８との間の軸受流体の循環を改善するために、上記した中空シャフト２に、例えば、２つの外側のラジアル軸受領域１０、１２の間に配置されて、内周側軸受間隙９と外周側軸受間隙８を繋ぐ少なくとも１つの内外周貫通孔１８（又は内外周を貫通する隙間）を設けるようにしても良い。その内外周貫通孔１８は、軸受流体を内周側軸受間隙９から外周側軸受間隙８（すなわち、内周側の軸受領域から外周側の軸受領域）へ循環させる循環流路を構成する。なお、内周側軸受間隙９と外周側軸受間隙８を繋ぐことができるのであれば、内外周貫通孔１８は任意の場所に設けることができる。

又、本実施形態では、栓部２０に段部や切欠部や貫通孔を設けるようにしても良い。それにより、中空シャフト２の内径周面と栓部２０の外径周面との間における間隙が流路２１として形成され、内周側軸受間隙９と繋がる。この流路２１と中空シャフト２に相応に配置された第２の内外周貫通孔１９とが協働することにより、内周側のスラスト軸受領域１４又はラジアル軸受領域１６と、外周側の下側のラジアル軸受領域１２とを直接に繋ぐことができる。栓部２０は、例えば、圧入又は接着又は溶接により、中空シャフト２に結合されても良い。

本実施形態では、外周側軸受間隙８をシールするために、軸受スリーブ４又は中空シャフト２における、その外周側軸受間隙８の下側開口端部が位置する部分に、環状の切欠部２３で構成されるシール（いわゆる「ビスコ・シール」）が設けられる。この切欠部２３で構成されるシールは、外周側軸受間隙８の下側開口端部に向かって円錐状に拡張されるように形成されても良いし、非常に小さなテーパ角度を有する、いわゆる「ストレート・シール」で形成されても良い。このシールには、上記以外の公知のシール手段、例えば、ラビリンスシールや磁性流体シールや同様のシール手段を用いても良いことは言うまでもない。

本実施形態の流体動圧軸受装置は、ハードディスクドライブの記憶ディスク駆動用スピンドルモータを回転自在に軸支するものである。

また、本実施形態の軸受スリーブ４には、カバー部材５を収容する環状の凹部と、スラストプレート３を収容する環状の凹部が設けられる。カバー部材５には、留めネジを受け入れるために中央部にネジ孔７が設けられる。内周側軸受間隙９は、中空シャフト２の表面とカバー部材５の円筒形状部６の表面とを隔て、更なるラジアル軸受領域１６を形成する。ラジアル軸受領域１０、１２、１６及びスラスト軸受領域１４、１５は、協働する対の軸受面の少なくとも一方に形成された表面パターン１１、１３、１７により構成される。

本実施形態では、流体動圧軸受の安定化及び軸受剛性の向上に対して寄与することができる。更に、上記した実施形態によりモータの全高を抑えることができるばかりでなく、摩擦の少ない流体動圧軸受が用いられることで、モータのノイズも低く抑えることができる。又、本実施形態では、中空シャフト２の下側開口端部は、栓部２０で閉塞される。その構成により、流体動圧軸受から軸受流体が漏出したり、外部から軸受に不純物が侵入する事態を防ぐことができる。このように本実施形態の流体動圧軸受は、シャフトが静止している構造のスピンドルモータに用いられる場合に中心部の留めネジを使用することができ、高い剛性と回転安定性も備えることができる。

本発明の第１実施形態に係る流体動圧軸受装置を備えるスピンドルモータの概略断面図である。 表面パターンが設けられている図１の中空シャフトを示す側面図である。 表面パターンが設けられている図１のカバー部材を示す側面図である。

符号の説明

１ ベースプレート、
２ シャフト（中空シャフト）、
３ スラストプレート、
４ 軸受スリーブ、
５ カバー部材、
６ 円筒形状部、
７ ネジ穴、
８ 外周側軸受間隙、
９ 内周側軸受間隙、
１０ ラジアル軸受領域、
１１ 表面パターン、
１２ ラジアル軸受領域、
１３ 表面パターン、
１４ スラスト軸受領域、
１５ スラスト軸受領域、
１６ ラジアル軸受領域、
１７ 表面パターン、
１８ 内外周貫通孔、
１９ 内外周貫通孔、
２０ 栓部、
２１ 流路、
２２ 回転軸、
２３ 切欠部。

Claims (12)

1. 静止しているシャフトと、
   前記シャフトに結合されるスラストプレートと、
   前記シャフトの回転軸の周囲で回転可能である軸受スリーブと、
   前記軸受スリーブを閉塞するカバー部材を備え、
   前記シャフト及び前記スラストプレートの表面と、前記軸受スリーブ及び前記カバー部材の表面は、互いに対向して隔てられ、その外周側軸受間隙に軸受流体が充填されることにより、少なくとも１つのラジアル軸受領域（１０；１２）及び少なくとも１つのスラスト軸受領域（１４；１５）が形成される流体動圧軸受装置であって、
   前記シャフトは、中空シャフトであり、
   前記カバー部材には、前記回転軸と同心に円筒形状部が設けられ、
   前記円筒形状部は、前記中空シャフトに収容され、
   前記中空シャフトの内径周面と前記カバー部材の前記円筒形状部の外径周面との間には、外周側に位置する前記外周側軸受間隙と繋がる内周側軸受間隙が形成されて、軸受流体が充填される
   ことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記軸受スリーブには、前記カバー部材を収容する環状の凹部が設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記軸受スリーブには、前記スラストプレートを収容する環状の凹部が設けられる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記カバー部材には、留めネジを受け入れるために中央部にネジ孔が設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
5. 前記内周側軸受間隙は、前記中空シャフトの表面と前記カバー部材の円筒形状部の表面とを隔て、更なるラジアル軸受領域を形成する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
6. 前記ラジアル軸受領域及び前記スラスト軸受領域は、協働する対の軸受面の少なくとも一方に形成された表面パターンにより構成される
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記中空シャフトには、前記内周側軸受間隙と前記外周側軸受間隙を繋ぐ少なくとも１個の内外周貫通孔が設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
8. 前記中空シャフトの一方の端部は、栓部により閉塞される
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
9. 前記栓部には、前記栓部の外径周面と前記中空シャフトの内径周面との間、又は、前記栓部の内部に、前記内周側軸受間隙と繋がる流路を形成するための段部、切欠部、又は、貫通孔が設けられる
   ことを特徴とする請求項８に記載の流体動圧軸受装置。
10. 前記流路は、前記内外周貫通孔を介して前記外周側軸受間隙と繋がる
    ことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
11. 前記軸受スリーブ、前記中空シャフトにおける前記外周側軸受間隙の開口端部が位置する部分に、前記軸受流体のシール用として環状の切欠部が設けられる
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
12. 前記流体動圧軸受装置は、ハードディスクドライブの記憶ディスク駆動用スピンドルモータを回転自在に軸支する
    ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。

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