JP2008275363A - 流体動圧軸受の検査方法及びこの流体動圧軸受を備えたスピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 流体動圧軸受を高精度に検査すること。
【解決手段】 気体を給送して、スリーブ６の軸受孔の下側開口からラジアル間隙５０及び軸受孔の上側開口を経てロータハブ１２の上壁部１２ａの外方に向かう気体の流れを起こして、ロータ部１０を浮上させる。ロータ部１０を浮上させた状態で、変位計４０を用いてロータ部１０の回転と同期した振れの大きさを測定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体動圧軸受の検査方法及びこの流体動圧軸受を備えたスピンドルモータに関する。

従来から、ハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータには、種々の軸受が採用されている。例えば、ロータハブに固定されたシャフトとベースに固定されるとともにシャフトが挿入されるスリーブとの間における潤滑油の動圧を利用した流体動圧軸受が利用されている（このような流体動圧軸受の例として例えば特許文献１参照）。流体動圧軸受は、ロータハブがスリーブに対し非接触状態で支持されている。

特開2003-088042号公報

近年、ハードディスク駆動装置は、高密度化、高精度化が進み、スピンドルモータに対しても、ロータハブを有するロータ部を高精度に回転させることが要請されている。

このような高精度なロータ部を得るために、スピンドルモータの状態でロータ部を検査すると共に、スピンドルモータの組立て途上においてもロータ部に対し様々な検査を実施する必要がある。

また、スピンドルモータの状態においてロータ部を検査した場合、検査により規格を満足しなかったモータは廃却となり、廃却コストがかかり生産性が悪くなる。従って、ロータ部の検査対象項目によっては、スピンドルモータの組立て途上で、且つ構成されるモータ部品の数が少ない状態で検査を行うのが好ましい場合がある。

また、ロータ部を検査する場合、検査計をロータ部に接触させて検査すると、検査計がロータ部を押すことでロータ部とスリーブとが互いに接触することとなり、ロータ部若しくはスリーブが損傷してしまい、動圧軸受として満足する性能を得られなくなる場合がある。

本発明は、上記課題を鑑みたものであり、本発明の目的は、スピンドルモータの組立て途上において流体動圧軸受を高精度に検査することである。

また本発明の目的は、信頼性並びに耐久性に優れた流体動圧軸受及びこれを備えたスピンドルモータを提供することである。

請求項１の発明は、静止部と静止部に対し中心軸回りに回転するロータ部とを備えたスピンドルモータに用いられる流体動圧軸受の検査方法であって、
中心軸に沿う方向に配置された軸受孔を有するスリーブを用意する工程と、
スリーブの軸受孔に挿入されるシャフトと、シャフトの上端部に配置されシャフトの外周面から半径方向外方に広がる下面を有する上壁部と、を備えたロータ部を用意する工程と、
シャフトをスリーブの軸受穴に挿入して、該シャフトの外周面とスリーブの内周面との間のラジアル間隙を介し対向させる、対向工程と、
軸受孔の下側開口部における気圧を、上壁部より上側の気圧よりも相対的に高め、軸受孔の下側開口からラジアル間隙及び軸受孔の上側開口を経て上壁部の外方に向かう気体の流れを起こすことにより、ロータ部をスリーブに対して中心軸方向に相対的に浮上させる、浮上工程と、
浮上させた状態を保ちつつ、ロータ部若しくは静止部に対して、所定の測定を実施する、測定工程と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、ロータ部は、更に上壁部の外周部から下側に伸びる円筒部と、円筒部の下端に位置し記録ディスクが載置されるディスク載置部と、を備えることを特徴とする。

請求項３の発明は、浮上状態を保ちつつ、測定工程に先立って、円筒部に対し周方向の空気流を吹き付けてロータ部を静止部に対し回転させ、
測定工程における測定は、ロータ部が回転状態にある流体動圧軸受に対して実施される、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、浮上状態を保ちつつ、測定工程に先立って、ハブ部の外周部に対して周方向の空気流を吹き付けてロータ部を静止部に対して回転させ、
測定工程における測定は、ロータ部が回転状態にある流体動圧軸受に対して実施される、ことを特徴とする。

請求項５の発明は、測定工程に先立って空気流の吹き付けを停止し、その後ロータが回転を停止する前までに測定が実施される、ことを特徴とする。

請求項６の発明は、所定の測定は、ロータ部の一部位を測定箇所とした、回転と同期した振れの大きさの測定であることを特徴とする。

請求項７の発明は、ロータ部は、上壁部の下面から下側に伸び且つスリーブの外周面と半径方向に対向する環状壁部を備え、
浮上工程において、気体は、前記軸受孔の上側開口から上壁部の下面とスリーブの上端面との間のスラスト間隙、および、スリーブの外周面と環状壁部との間のシール間隙を通り排出されることを特徴とする。

請求項８の発明は、スラスト間隙の間隙寸法は、前記ラジアル間隙の間隙寸法より大きく且つ５０μｍ以下であり、
前記スラスト間隙には、ロータ部の回転時にスラスト間隙に保持された潤滑流体に動圧を誘起するスラスト動圧発生用溝を有するスラスト動圧軸受部が構成されることを特徴とする。

請求項９の発明は、ラジアル間隙の間隙寸法は、１０μｍ以下であり、
ラジアル間隙には、ロータ部の回転時にラジアル間隙に保持された潤滑流体に動圧を誘起するラジアル動圧発生用溝を有するラジアル動圧軸受部が構成されることを特徴とする。

請求項１０の発明は、中心軸に沿う方向に伸びる気体給送部を有し、スリーブの下部を保持するスリーブ保持部を備え、
スリーブの下部外周面とスリーブ保持部との間には、弾力性を有するリング状部材が嵌め込まれていることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のいずれか記載の流体動圧軸受を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。

本発明では、スピンドルモータの組立て途上において高精度に流体動圧軸受を検査することができる。とりわけ、ロータ部の回転と同期した振れの大きさの測定を高精度に実現することができる。

また、流体動圧軸受のロータ部と静止部に対し非接触状態にて検査されるため、ロータ部若しくはスリーブの損傷を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態について図１乃至図５を参照に説明する。なお、本発明の説明において、各部材の位置関係や方向を上下左右で説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を示し、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。

図１は、例えばハードディスク駆動装置に使用されるスピンドルモータを示す縦断面図である。スピンドルモータは、静止部１と、略カップ形状のベースプレート２の中央部の円形貫通孔２ａに配置される流体動圧軸受４と、流体動圧軸受４により回転自在に支持されるロータ部１０と、を備える。

流体動圧軸受４は、内側に軸方向に伸びる軸受孔を有する中空円筒状のスリーブ６を備える。スリーブ６の下端部は、シール部材１１によって閉塞され、スリーブ６の内周面は、シャフト１４と半径方向にラジアル間隙５０５０を介して対向する。

ロータ１０は、ロータハブ１２と、ロータハブ１２に固着されたシャフト１４と、を備える。シャフト１４は、スリーブ６に対して中心軸J1Ｘを中心として回転する。ロータハブ１２は、略円板状の上壁部１２ａと、上壁部１２ａの外周部から垂下する円筒部１２ｂと、円筒部１２ｂの下端部に位置し記録ディスク１００が載置されるディスク載置部１２ｃと、を備える。

円筒部１２ｂの内周面には、ロータマグネット１６が接着剤によって固着されると共に、ロータマグネット１６は、ステータ８と半径方向に間隙を介して対向する。

上述の構造においては、ロータハブ１２の上壁部１２ａの下面とスリーブ６の上端面との間のスラスト間隙５２と、スリーブ６の内周面とシャフト１４の外周面との間のラジアル間隙５０と、シャフト１４の下端面とシール部材１０の上面との間の間隙とは、すべて連続している。そして、その連続した間隙には、潤滑流体としてオイルが途切れることなく保持されている。

スリーブ６の上部外周面には、スリーブ６の外径が上端面から軸方向下方に縮径する傾斜面が設けられており、この傾斜面と対向するロータハブ１２の上壁部１２ａの環状壁部１２ｄとの間には、シール間隙５４が構成される。シール間隙５４の半径方向の間隙寸法は、軸方向下方に向かうに従って増大している。すなわち、スリーブ６の上部外周面と環状壁部１２ｄとが協動してテーパシール部１８を構成している。上述した各間隙内に保持されるオイルは、テーパシール部１８内において、オイルの表面張力と外気圧とがバランスされ、オイルと空気との界面がメニスカス状に形成される。

次ぎに、流体動圧軸受４について説明する。

スリーブ６の内周面とシャフト１４の外周面との間のラジアル間隙５０には、上ラジアル動圧軸受２０及び下ラジアル動圧軸受２２が軸線方向に離間して設けられている。上ラジアル動圧軸受２０及び下ラジアル動圧軸受２２は、スリーブ６の内周面と、シャフト１４の外周面と、半径方向に対向する両部材間のラジアル間隙５０に保持されているオイルとを備える。

スリーブ６の内周面の上ラジアル動圧軸受２０を構成する部位には、オイルを上ラジアル動圧軸受部２０の軸線方向両端部から略中央部に誘起するヘリングボーン動圧溝列６ａが形成されている。スリーブ６の内周面の下ラジアル動圧軸受２２を構成する部位にも同様にヘリングボーン動圧溝列６ｂが形成されている。ロータ部１０が回転すると上ラジアル動圧軸受２０と下ラジアル動圧軸受２２とで発生する圧力により、シャフト１４は、非接触状態にて支持される。

また、スリーブ６の上端面とロータハブ１２の上壁部１２ａの下面との間のスラスト間隙５２には、スラスト動圧軸受２４が設けられている。スラスト動圧軸受２４は、スリーブ６の上端面と、ロータハブ１２の上壁部１２ａの下面と、スラスト間隙５２に保持されているオイルとを備える。

またスリーブ６の上端面には、ロータ部１０の回転時に、オイルが半径方向内方に誘起されるよう、スパイラル状のスラスト動圧発生用溝列６ｃが形成されている。ロータ１０が回転すると、スラスト動圧軸受２４では、スラスト動圧発生用溝列により半径方向内方へと向かう圧力が誘起される。この圧力によってオイル内圧が高められ、ロータ部１０が浮上する方向に作用する流体動圧が発生するとともに、ラジアル間隙５０と、シャフト１４の下端面とシール部材１０の上面との間隙と、に保持されるオイル全体の圧力が正圧に保たれることとなる。なお、スラスト動圧発生用溝列は、ヘリングボーン状溝列でもよい。

本発明のロータ部１０の回転振れを測定する方法について説明する。図２は、ロータ部１０の回転振れを測定する流れを示す図である。図３は、ロータ部１０の浮上状態を示す図である。また、図４は、ロータアッセンブリ３０の浮上状態における変位計４０との相対位置を示す図である。図５は、図３のロータハブを矢印２００の方向から見た図である。

これに先立ち、図３のロータアッセンブリ３０の組立方法について説明する。まず、シャフト１４がスリーブ６の下側の開口から挿入される。次に、シャフト１４の上部外周部にロータハブ１２が圧入及び／又は接着等の手段によって固定される。以上によりロータハブ１２、シャフト１４、及びスリーブ６を備えたロータアッセンブリ３０が構成される。

次ぎに、前述の回転振れを測定する方法について説明する。まず、スリーブ保持部３２にロータアッセンブリ３０を置く（ステップＳ２１）。スリーブ保持部３２の内側にはリング状部材３４が配置されている。ロータアッセンブリ３０をスリーブ３２に置くとき、リング状部材３４は、弾性変形してスリーブ６を内側への弾性力で押さえる。この構成により、スリーブ６は、スリーブ保持部３２に保持されることとなる。

なお、ステップ２１では、シャフト１４はスリーブ保持部３２に接触していない。即ち、図３に示すように、シャフト１４の下端部とスリーブ保持部３２との間には隙間３６は形成される。この構成により、シャフト１４がスリーブ保持部３２に傾いて当接した状態から浮上することを防止できる。従って、後述するロータアッセンブリ３０が安定して浮上することができる。

そして、ポンプ（不図示）から所定の圧力を有する気体を、気体流路孔３８を介してラジアル間隙５０及びスラスト間隙５２へと給送して、ロータアッセンブリ３０を浮上させる（ステップＳ２２）。本実施形態では、気体として空気を用いる。なお、気体としては、窒素、ヘリウム等も適用可能である。組立て後のスピンドルモータの品質に影響を与えない気体であれば適用可能である。

詳細に述べると、図３の矢印のように、気体流路孔３８から給送された気体は、ラジアル間隙５０の下側開口から上側開口、および、スラスト間隙５２の径方向内端部から径方向外端部へと流れる。これにより、ラジアル間隙５０の下側開口の気圧をロータハブ１２の上壁部１２ａの上側の領域の気圧より高くする。スラスト間隙５０の径方向外端部へと流れた気体は、シール間隙５４を通り軸受外部へ排出される。本実施形態では、ロータハブ１２は、およそ１０μｍ浮上する。

そして、ロータの回転振れを測定する変位計４０の先端部をロータハブ１２の外周部に近づける（ステップＳ２３）。ロータアッセンブリ３０が浮上した状態において、変位計４０は、ロータアッセンブリ３０に接触していない。

また、図５に示すように、気体がラジアル間隙５０に給送されると同時又はその後に、ロータハブ１２の円筒部１２ｂに対しノズル６０から気体を吹き付ける（ステップ２４）。この気体は、前述のラジアル間隙５０に給送する気体と同じでもよいし異なる気体でもよい。気体は、円筒部１２ｂに対し周方向の４箇所から吹き付ける。気体は、モータの回転方向と同じ方向となるよう、円筒部１２ｂに吹き付けられる。この構成によりロータアッセンブリ３０は、およそ一分間に１００〜４００回転することとなる。

ロータアッセンブリ３０が回転すると、ラジアル間隙５０及びスラスト間隙５２には、常に気体が給送されるため、ラジアル間隙５０及びスラスト間隙５２は静圧気体軸受が構成され、ロータアッセンブリ５０を非接触状態にて支持される。

また、ロータアッセンブリ３０が浮上した状態では、ラジアル間隙５０はおよそ１０μｍ以下であり、スラスト間隙５２はラジアル間隙５０より広く５０μｍ以下である。この構成により、給送された気体は、ラジアル間隙５０からスラスト間隙５０に容易に流動するとともに、直ちにロータハブ１２の上壁部１２ａを浮上する方向へと押圧する。そのため、ロータアッセンブリ３０の回転初期状態でのロータハブ１２とスリーブ６との接触を低減することができる。

また、リング状部材３４が弾性変形した状態でスリーブ６に密着しているため、スリーブ６とスリーブ保持部３２との間の隙間から気体が漏れることを抑制できる。

続いて、気体流路孔３８から気体を給送している状態で、ノズル６０によるロータハブ１２の円筒部１２ｂへの気体の吹きつけを停止し、ロータアッセンブリ３０を数秒間回転させる（ステップS２５）。ステップＳ２５では、ノズル６０による円筒部１２ｂへの気体の吹きつけを停止した状態では、ロータアッセンブリ３０は惰性回転している。

その後、ロータアッセンブリ３０の回転が停止するまでの間に、図４に示すロータハブ１２の外周上端面の一部位１２ｄを基準として変位計４０を用いてロータアッセンブリ３０の回転と同期した回転振れの大きさを測定する。即ち、ロータアッセンブリ３０の軸方向のＲＲＯ（Repeatable Run Out 繰り返し性の振れ）を測定する（ステップＳ２６）。測定は、ロータアッセンブリ３０が回転している間、複数回実施される。

ステップS２６では、ロータアッセンブリ３０の惰性回転中に変位計で測定することにより、ロータアッセンブリの回転振れは外部からの圧力が加わらない状態で測定されるため、ロータアッセンブリ３０の回転振れを高精度に測定することができる。

また、ステップS２６においては、ロータアッセンブリ３０が、スリーブ６に対し非接触状態で支持された状態において変位計を用いて測定される。そのため、ステップS２６において測定された回転振れ値と、スピンドルモータの組立て後の回転振れ値と、との良好で且つ高精度な相関性を得ることができる。従って、効率良くモータを生産できるので、モータの生産性を向上させることができる。

また、回転振れ値を複数回測定した場合でも、回転振れ値の繰り返し精度を改善することができる。

また、回転振れ値を改善することができるため、モータ生産時に回転振れ値に規格が設けられている場合、規格内外の判定を正確に行うことができ、モータの品質及び生産性を向上させることができる。

また、変位計４０は、ロータアッセンブリ３０に対して非接触状態で回転振れを測定する。そのため、前述と同様にロータハブが外部から圧力を加わらない状態で測定されるため、ロータアッセンブリ３０の回転振れを高精度に測定することができる。

また、変位計４０がロータハブに接触した状態でロータアッセンブリ３０の回転振れを測定する場合、ロータハブとスリーブとが接触して、そのどちらか一方或いは両部材が傷つき損傷する場合があった。しかし本発明では、変位計は、ロータアッセンブリ３０に対して非接触状態であるためロータハブ及びスリーブの損傷を防止できる。

また、非接触式の変位計４０を用いたため、測定分解能が高くなり、測定精度を向上させることができる。

また、ラジアル間隙５０の下端側開口部から上端側開口部へと気体を給送してロータハブアッセンブリ３０を浮上させるため、スリーブの材質に影響されず簡便な構成で効率よくロータアッセンブリ３０の浮上を得ることができる。

以上、本発明に従う流体動圧軸受の検査方法及びこの流体動圧軸受を備えたスピンドルモータの一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、検査対象項目は、ロータ部の浮上量の測定、回転トルクの測定等が可能である。また、スラスト間隙の測定、モータ部品の形状などのモジュレーション検出等も可能である。

本発明の一実施形態のスピンドルモータを示す縦断面図である。 ロータアッセンブリの回転振れを測定する流れを示す図である。 ロータアッセンブリの浮上状態を示す図である。 図３のロータハブを上側から見た図である。 ロータアッセンブリの浮上状態における変位計との相対位置を示す図である。

符号の説明

１ 静止部
６ スリーブ
１０ ロータ部
１２ ロータハブ
１２ａ 上壁部
１２ｂ 円筒部
１２ｃ ディスク載置部
３０ ロータアッセンブリ
３２ スリーブ保持部
４０ 変位計
５０ ラジアル間隙
５２ スラスト間隙
５４ シール間隙

Claims (11)

1. 静止部と前記静止部に対し中心軸回りに回転するロータ部とを備えたスピンドルモータに用いられる流体動圧軸受の検査方法であって、
   中心軸に沿う方向に配置された軸受孔を有するスリーブを用意する工程と、
   前記スリーブの軸受孔に挿入されるシャフトと、前記シャフトの上端部に配置され前記シャフトの外周面から径方向外方に広がる下面を有する上壁部と、を備えたロータ部を用意する工程と、
   前記シャフトを前記スリーブの軸受穴に挿入して、該シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間のラジアル間隙を介し対向させる、対向工程と、
   前記軸受孔の下側開口部における気圧を、前記上壁部より上側の気圧よりも相対的に高め、前記軸受孔の下側開口から前記ラジアル間隙及び前記軸受孔の上側開口を経て前記上壁部の外方に向かう気体の流れを起こすことにより、前記ロータ部を前記スリーブに対して中心軸方向に相対的に浮上させる、浮上工程と、
   前記浮上させた状態を保ちつつ、前記ロータ部若しくは静止部に対して、所定の測定を実施する、測定工程と、を備えたことを特徴とする流体動圧軸受の検査方法。
2. 前記ロータ部は、更に前記上壁部の外周部から下側に伸びる円筒部と、前記円筒部の下端に位置し記録ディスクが載置されるディスク載置部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の流体動圧軸受の検査方法。
3. 前記浮上状態を保ちつつ、前記測定工程に先立って、前記円筒部に対し周方向の空気流を吹き付けて前記ロータ部を前記静止部に対し回転させ、
   前記測定工程における測定は、前記ロータ部が回転状態にある流体動圧軸受に対して実施される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の流体動圧軸受の検査方法。
4. 前記浮上状態を保ちつつ、前記測定工程に先立って、前記ハブ部の外周部に対して周方向の空気流を吹き付けて前記ロータ部を前記静止部に対して回転させ、
   前記測定工程における測定は、前記ロータ部が回転状態にある流体動圧軸受に対して実施される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の流体動圧軸受の検査方法。
5. 前記測定工程に先立って前記空気流の吹き付けを停止し、その後前記ロータが回転を停止する前までに前記測定が実施される、ことを特徴とする請求項３又は４記載の流体動圧軸受の製造方法。
6. 前記所定の測定は、前記ロータ部の一部位を測定箇所とした、回転と同期した振れの大きさの測定であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流体動圧軸受の検査方法。
7. 前記ロータ部は、前記上壁部の下面から下側に伸び且つ前記スリーブの外周面と半径方向に対向する環状壁部を備え、
   前記浮上工程において、前記気体は、前記前記軸受孔の前記上側開口から前記上壁部の下面と前記スリーブの上端面との間のスラスト間隙、および、前記スリーブの外周面と前記環状壁部との間のシール間隙を通り排出されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の流体動圧軸受の製造方法。
8. 前記スラスト間隙の間隙寸法は、前記ラジアル間隙の間隙寸法より大きく且つ５０μｍ以下であり、
   前記スラスト間隙には、前記ロータ部の回転時に前記スラスト間隙に保持された潤滑流体に動圧を誘起するスラスト動圧発生用溝を有するスラスト動圧軸受部が構成されることを特徴とする請求項７記載の流体動圧軸受の検査方法。
9. 前記ラジアル間隙の間隙寸法は、１０μｍ以下であり、
   前記ラジアル間隙には、前記ロータ部の回転時に前記ラジアル間隙に保持された潤滑流体に動圧を誘起するラジアル動圧発生用溝を有するラジアル動圧軸受部が構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の流体動圧軸受の検査方法。
10. 中心軸に沿う方向に伸びる気体給送部を有し、前記スリーブの下部を保持するスリーブ保持部を備え、
    前記スリーブの下部外周面と前記スリーブ保持部との間には、弾力性を有するリング状部材が嵌め込まれていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の流体動圧軸受の検査方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか記載の流体動圧軸受を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。

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