JP2010144858A - 流体軸受装置、およびそれを用いたスピンドルモータ、情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流体軸受装置、およびそれを用いたスピンドルモータ、情報記録再生装置に関するもので、動作の信頼性を高めることを目的とするものである。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明は、シールプレート５の外周部に対応するスリーブ４部分に、潤滑流体シール用の環状溝９を設け、この環状溝９内には、前記シールプレート５とは別体構成で、かつこのシールプレート５の外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体１１を挿入し、これらの円筒体１１と環状溝９の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブ４の両側に設けたシールプレート５間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体軸受装置、およびそれを用いたスピンドルモータ、ハードディスク装置やポリゴンスキャナ装置等の情報記録再生装置に関するものである。

従来のスピンドルモータに用いられていた流体軸受装置の構成は、以下のような構成となっていた。

すなわち、シャフトと、このシャフトの外周に回転自在に装着したスリーブと、このスリーブの両端側に対応するシャフト部分に固定したシールプレート（フランジおよび垂設部）とを備え、前記シャフトとスリーブとの少なくとも一方、および前記シールプレートとスリーブの少なくとも一方に動圧溝を設けた構成となっていた（例えば下記特許文献１）。
特開平６−１５０５２９号公報

上記従来例における課題は、シールプレートとスリーブとの少なくとも一方に設けた動圧溝の動圧がばらついてしまうということであった。

すなわち、上記従来例においては、前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑グリスシール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレート（フランジ）の外周部に一体化した潤滑グリスシール用の円筒体（垂設部）を挿入し、これらの円筒体（垂設部）内周面と環状溝外周面の対向する面のいずれか一方には、潤滑グリスシール部を形成し、さらに前記シールプレート（フランジ）の内方端面と前記スリーブの外方端面にはスラスト軸受が形成されているが、前述のごとく、シールプレート（フランジ）の外周部に潤滑グリスシール用の円筒体（垂設部）を一体化した場合、このシールプレート（フランジ）のスリーブに対向する面を平滑面としにくく（スラスト動圧溝をスリーブ側に形成する場合）、ここに凹凸面が残ってしまう。

そして、このようにシールプレート（フランジ）のスリーブに対向する面が平滑面でないとスリーブとの間で発生する動圧がばらついてしまうことになり、このような動圧のばらつきは、このスピンドルモータを活用した情報記録再生装置にとっては、動作の不安定化に結びつき、好ましくないものであった。

つまり、情報記録再生装置は、近年ますますその情報量が大きく、従ってきわめて繊細な動作が求められる状況において、その心臓部ともいえるスピンドルモータの流体軸受装置の動作がばらつくということは、上述のごとく、情報記録再生装置にとっては、動作の不安定化に結びつき、信頼性が低いものになってしまうものであった。

そこで本発明は、流体軸受装置の信頼性を高めることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、シャフトと、このシャフトの外周に回転自在に装着したスリーブと、このスリーブの両端側に対応するシャフト部分に固定したシールプレートとを備え、前記シャフトとスリーブとの少なくとも一方、および前記シールプレートとスリーブの少なくとも一方に動圧溝を設けた流体軸受装置において、
前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑流体シール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレートとは別体構成で、かつこのシールプレートの外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体を挿入し、これらの円筒体と環状溝の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブの両側に設けたシールプレート間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成し、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、シャフトと、このシャフトの外周に回転自在に装着したスリーブと、このスリーブの両端側に対応するシャフト部分に固定したシールプレートとを備え、前記シャフトとスリーブとの少なくとも一方、および前記シールプレートとスリーブの少なくとも一方に動圧溝を設けた流体軸受装置において、
前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑流体シール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレートとは別体構成で、かつこのシールプレートの外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体を挿入し、これらの円筒体と環状溝の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブの両側に設けたシールプレート間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成したものであるので、シールプレートの平滑面化が行ない易くなり、シールプレートとスリーブ間の動圧が均質化され、動作に対する信頼性が極めて高いものとなる。

すなわち、本発明においては、前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑流体シール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレートとは別体構成で、かつこのシールプレートの外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体を挿入し、これらの円筒体と環状溝の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブの両側に設けたシールプレート間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成したものであり、特にシールプレートと潤滑流体シール用の円筒体を別体とすることで、シールプレートのスリーブに対向する面を、平滑面とすることが可能で、このことがシールプレートとスリーブ間の動圧をバラツキがなく均質化させることになり、その結果として動作に対する信頼性が極めて高いものとなるのである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面を用いて説明する。

図１は、情報記録再生装置の一例として用いた大容量タイプのハードディスク装置の駆動部であるスピンドルモータ１６を示しており、アルミ製（例えば、ＡＤＣ１２）のベース１の貫通孔２には、ステンレス鋼製（例えば、ＳＵＳ４２０系またはＡＳＫ８０００（商標））のシャフト３を植設している。シャフト３が植設されているベース１側には、接着剤保持用の接着溝２０が設けられている。
ベース１の材質は、鉄製（例えば、ＳＰＣＣやＳＰＣＥ）でもよい。この場合は、マグネット７をベース１側に吸引している磁性体である吸引板１３は不要となる。

このシャフト３の外周には、金属製（例えば、真鍮、ステンレス鋼ＤＨＳ１（商標）等）で円筒状のスリーブ４が回転自在に装着されている。スリーブ４が真鍮で形成されている場合は、硬度を向上させるために無電解ニッケルメッキが施される。

また、このスリーブ４の上端側と下端側には、それぞれステンレス鋼製（例えば、ＳＵＳ４２０系）で円盤形のシールプレート５が配置され、このシールプレート５の内端は、シャフト３に溶接（例えば、レーザ溶接）により固定されている。

また、スリーブ４の外周には、アルミ製（例えば、Ａ６０６１）またはステンレス鋼製（例えば、ＤＨＳ１（商標））の有天筒状のハブ６が固定されている。このハブ６の外周部には、図示していないが、記録ディスク１４が複数枚上下方向に所定間隔で保持されており、各記録ディスクには、これも図示していないが、記録再生用ヘッド１５が近接させられている。ハブ６は、後述するスリーブ４または外スリーブ４ａの外周部に段部１９を設け、軸方向高さを位置決めして圧入接着等で組み立てられている。ハブ６とスリーブ４の外方には、シールプレート５および後述する円筒体１１を覆うようにカバー１８が取り付けられている。

また、このハブ６の内周全面には、マグネット７（例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂マグネット）が設けられ、このマグネット７は、円周方向に多極着磁されている。そして、このマグネット７に対向して、複数の突極を有するステータ８が設けられ、このステータ８に順次通電することで生じる回転磁界によって、ハブ６は、回転するようになっている。

さて、本実施形態においては、シャフト３とスリーブ４の対向する面の少なくとも一方には、動圧溝（図示せず）が設けられて第１の動圧軸受を形成しており、さらに、上下のシールプレート５とスリーブ４との対向する面の少なくとも一方にも、動圧溝（図示せず）が設けられて第２の動圧軸受および第３の動圧軸受を形成している。そして、潤滑流体１２がこれらの動圧軸受に連続して充填されている。潤滑流体１２は、エステル系オイルが主として用いられており、その他に高流動性グリスやイオン性液体が用いられる。

また、この図１に示すように、シールプレート５の外周部に対向するスリーブ４部分には、潤滑流体シール用の環状溝９が形成されている。

さらに、上下の潤滑流体シール用の環状溝９をつなぐ２本の連通孔１０（少なくとも１本あれば機能し、複数本でもよい）が設けられている。スリーブ４は、一体で形成してもよいし、外スリーブ４ａと内スリーブ４ｂを別体で作製し組み合わせてもよい。その場合、環状溝９は外スリーブ４ａの内周に軸方向に径大の段部を形成しておき、外スリーブ４ａと内スリーブ４ｂを組み合わせたときに環状溝９を形成するようにするのがよい。
また、連通孔１０は外スリーブ４ａの内周に軸方向に溝を形成しておき、外スリーブ４ａと内スリーブ４ｂを組み合わせたときに連通孔１０を形成するようにするのがよい。この軸方向の溝は、直接溝加工してもよいし、予め外スリーブ４ａの内径を小さめに作製しておき、溝に相当する位置に孔加工を施し、その後内径を孔が溝になるまで削り込んで形成してもよい。

さて、環状溝９内には、シールプレート５に一体化した、図２に示す潤滑流体シール用の円筒体１１が挿入されている。

潤滑流体シール用の円筒体１１は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）で形成されている。この円筒体１１とシールプレート５の一体化は、金型を用いたインサート成型により、行われる。ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を採用している理由としては、耐油性が高いこと、耐熱性が高いこと、線膨張係数が比較的シールプレート５のステンレス鋼に近く、インサート成型後の変形が少なく寸法安定性がよいことがある。また、透光性があることも、潤滑流体の注油管理の面で優位性がある。

具体的には、シールプレート５を金型内に装着した状態で、合成樹脂をインサートし、それによって、図２に示すごとく、シールプレート５と円筒体１１を一体化する。

なお、これらシールプレート５と円筒体１１の一体化強度を高めるために、この図２に示すごとく、シールプレート５の外周面に傾斜部５ａを設け、そこに円筒体１１の内周面の傾斜部１１ａを当接させ、つまり、接触面積を広くすることで、一体化強度を高めるようにしている。なお、シールプレート５と円筒体１１の接触面の少なくとも一部には、回り止め防止または抜け止め防止のための各種の凹凸加工（例えば、ローレット加工等）を施してもよい。

前記円筒体１１の外周面１１ｂは、図１から理解されるように、環状溝９の外周面側方向に向けて、傾斜した面となっている。

つまり、これらの円筒体１１と環状溝９の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブ４の両側に設けたシールプレート５間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成すべく、上述した環状溝９の傾斜面を形成しているものである。

以上のような構成にした流体軸受装置に潤滑流体１２を注油する方法を述べる。上述のような状態で、大気圧より低い圧力（第１の圧力）の減圧室内で、図１に示す上方の円筒体１１と環状溝９とのテーパ状になっている空間から、潤滑流体１２を流入させる。その潤滑流体１２は、連通孔１０を通って下方の円筒体１１と環状溝９とのテーパ状になっている空間の下端側にまで到達する。

そして、その状態で大気圧（第２の圧力）に復圧して戻すと、潤滑流体１２は、さらに軸受の内方に引き込まれることになり、その状態においては、上方の円筒体１１と環状溝９との空間に形成されるテーパ部と、下方の円筒体１１と環状溝９との空間に形成されるテーパ部内に液面が存在することになる。

ただし、潤滑流体１２の重量により、下方の液面の方が、テーパ部の広い側に位置する状態となっている。
なお、上記の第２の圧力は大気圧以外でもよく、第１の圧力＜第２の圧力であればよい。

そして、この状態で、上下のテーパ部で形成されるテーパキャピラリによる表面張力により、潤滑流体１２の液面は保たれ（潤滑流体１２が流出することがない）、この状態で、潤滑流体１２による流体軸受作用が発揮される。

さて、本実施形態においては、図２に示すごとく、シールプレート５と円筒体１１を別体としたので、シールプレート５のスリーブ４に対向する面を平滑面とする加工、例えば平面仕上げ切削や平面研磨等が容易に行える。スラスト軸受面においては、例えばRｐ＝０．５以下であり、さらに好適にはRｐ＝０．３５以下である。

もちろん、このシールプレート５のスリーブ４に対向する面に動圧溝を形成したものであっても、動圧溝外の表面を平滑面とすることができるものであり、このように、この部分が平滑面であることが、この部分における動圧のばらつきを抑制することが出来、その結果として、上述したようにハブ６の外周に複数枚装着した記録ディスクへの情報読み書きも安定化させることにつながり、その結果として、この情報記録再生装置の信頼性を極めて高くすることにつながるものである。

なお、図２において、シールプレート５と円筒体１１の接合部の内端側（図２における下側）から、潤滑流体１２が、これらシールプレート５と円筒体１１の接合面を介して上方側へと、毛細管現象により這い上がるのを防止すべく、この上部には合成樹脂で作った円筒体１１を加工して、凹部１１ｃを形成しここにシール用接着剤を充填している。シール用接着剤としては、エポキシ系接着剤を使用する。この凹部１１ｃは、後述する図３、図５、図６にも適用可能である。

図３は、本発明の他の実施形態を示し、シールプレート５の外周面に凸部５ｂを形成し、円筒体１１には、この凸部５ｂが突入する凹部１１ｄを設け、これにより両者の結合強度を高めると共に、上述した潤滑流体１２の這い上りも抑制するものである。

図４は、本発明のさらに他の実施形態を示し、この実施形態においては、図５に示すごとく円筒体１１の外方端側（図５では上端側）に、注油時の潤滑流体保持用の突起１１ｅを形成したものである。

つまり、上述した潤滑流体１２の減圧室内での充填時に軸受装置が必要とする量の潤滑流体１２を予め滴下しておく訳であるが、減圧時にはまだ潤滑流体１２が軸受内部にまで充填されていないので、滴下した潤滑流体１２は円筒体１１と環状溝９との空間に形成されるテーパ部には収まり切れない。この潤滑流体１２がシールプレート５側に溢れ出さないように、ダムのような突堤を形成したものであり、これも円筒体１１を合成樹脂で形成したことにより、容易に形成することができるものである。なお、図４では、シールプレート５と円筒体１１は同じ部品をスリーブ４の両側に配置しているため、凸部５ｂのための逃げ部２１をベース１に形成している。もちろん、凸部５ｂを設けた円筒体１１を有するシールプレート５は、注油を行なう側の片側のみに設けてもよい。
ここで、図４を用いて本スピンドルモータ１６の組立方法を説明する。これは図１のスピンドルモータも同様である。ハードディスク装置においては、ハブ６に形成されているディスク載置面２２のベース１の基準面Ａ（ベースのどこに基準を取るかはメーカごと機種ごとに異なるので図示しないで、記号Ａで表す。）に対する高さHが重要な管理項目である。本発明においては、シャフト３、スリーブ４、シールプレート５、円筒体１１、ハブ６、マグネット７、カバー１８を主な構成要素とするハブ組立品２３をまず製作し、そのシャフト３の先端を押圧して（図中矢印）ベース１に圧入接着で植設する。このとき、ベース１の基準面に対するディスク載置面２２の高さHを管理するために、押圧時にベース１の基準面に対するシャフト３の先端部の高さＨｂを管理する。そのためには、シャフト３の先端部とディスク載置面２２の高さＨａを出しておくことが肝要である。そのためにスリーブ４または外スリーブ４ａの外周部に段部１９を設け、軸方向高さを位置決めしている。もちろん、段部１９がない場合でもこの製造方法を用いることができる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態を示し、この実施形態では、円筒体１１の外方端（図６では上端側）をシールプレート５の厚さ方向の中程までとし、これにより、潤滑流体１２のシールプレート５側への溢れ出し防止を、このシールプレート５の傾斜面５ａを利用して行なうものである。

なお、図１の構造において、シールプレート５の平滑面化が行ない易くなる利点を述べたが、これ以外の効果としては、合成樹脂製の円筒体１１と金属製のスリーブ４とでは線膨張係数が異なるので、高温時にスリーブ４の環状溝９の線膨張よりも円筒体１１の線膨張が大きいので、合成樹脂製の円筒体１１の外周面と金属製のスリーブ４の環状溝９の内周面で形成される潤滑流体シール部の隙間は狭くなり、潤滑流体１２を保持する力が大きくなる。また、合成樹脂製の円筒体１１が金属製のシールプレート５に結合している根元部分では円筒体１１は拘束されているために熱膨張は抑えられ、円筒体１１の先端部分は拘束がないため熱膨張が大きくなる。これによっても潤滑流体シール部の隙間は狭くなる。一方、高温においては、潤滑流体１２の粘度が低下するので、衝撃等によって潤滑流体シール部内で潤滑流体１２が移動し易く、開口部から漏れ易くなる。よって、両者が相殺して、高温においても潤滑流体１２が漏れ難くなるという効果もある。

なお、図１および図６のスピンドルモータ構造においては、シャフト３がベース１に固定され、スリーブ４とハブ６が一体に組み立てられて回転する構造（いわゆる軸固定型）で説明したが、本発明はこれに限るものではない。スリーブ４がベース１に固定され、シャフト３とハブ６が一体に組み立てられて回転する構造（いわゆる軸回転型）であっても、本発明の主とする設計思想は適用が可能である。

以上のように本発明は、シャフトと、このシャフトの外周に回転自在に装着したスリーブと、このスリーブの両端側に対応するシャフト部分に固定したシールプレートとを備え、前記シャフトとスリーブとの少なくとも一方、および前記シールプレートとスリーブの少なくとも一方に動圧溝を設けた流体軸受装置において、
前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑流体シール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレートとは別体構成で、かつこのシールプレートの外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体を挿入し、これらの円筒体と環状溝の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブの両側に設けたシールプレート間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成したものであるので、シールプレートの平滑面化が行ない易くなり、シールプレートとスリーブ間の動圧が均質化され、動作に対する信頼性が極めて高いものとなる。

すなわち、本発明においては、前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑流体シール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレートとは別体構成で、かつこのシールプレートの外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体を挿入し、これらの円筒体と環状溝の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブの両側に設けたシールプレート間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成したものであり、特にシールプレートと潤滑流体シール用の円筒体を別体とすることで、シールプレートのスリーブに対向する面を、平滑面とすることが可能で、このことがシールプレートとスリーブ間の動圧を均質化させることになり、その結果として動作に対する信頼性が極めて高いものとなるのである。

したがって、図７に示すようなハードディスク装置１７等の各種情報記録再生装置などへの活用が、大きく期待されるものである。

本発明の１実施形態を示す断面図 その要部拡大断面図 本発明の他の実施形態の要部拡大断面図 本発明のさらに他の実施形態の断面図 その要部拡大断面図 本発明のさらにまた他の実施形態の要部拡大断面図 情報記録再生装置の断面図

符号の説明

１ ベース
２ 貫通孔
３ シャフト
４ スリーブ
５ シールプレート
６ ハブ
７ マグネット
８ ステータ
９ 潤滑流体シール用の環状溝
１０ 連通孔
１１ 潤滑流体シール用の円筒体
１１ａ 傾斜部
１１ｂ 外周面
１１ｃ 凹部
１１ｄ 凹部
１１ｅ 突起
１２ 潤滑流体
１３ 吸引板
１４ 記録ディスク
１５ 記録再生用ヘッド
１６ スピンドルモータ
１７ ハードディスク装置（または情報記録再生装置）
１８ カバー
１９ 段部
２０ 接着溝
２１ 逃げ部
２２ ディスク載置面
２３ ハブ組立品

Claims (16)

1. シャフトと、このシャフトの外周に回転自在に装着したスリーブと、このスリーブの両端側に対応するシャフト部分に固定したシールプレートとを備え、前記シャフトとスリーブとの少なくとも一方、および前記シールプレートとスリーブの少なくとも一方に動圧溝を設けた流体軸受装置において、
   前記シールプレートの外周部に対応するスリーブ部分に、潤滑流体シール用の環状溝を設け、この環状溝内には、前記シールプレートとは別体構成で、かつこのシールプレートの外周部に装着した潤滑流体シール用の円筒体を挿入し、これらの円筒体と環状溝の対向する面のいずれか一方には、前記スリーブの両側に設けたシールプレート間の中間部分方向に向けて、両者間の隙間が小さくなる傾斜面を形成した流体軸受装置。
2. シールプレートを金属で形成し、潤滑流体シール用の円筒体を合成樹脂で形成した請求項１に記載の流体軸受装置。
3. シールプレートをステンレス鋼で形成し、潤滑流体シール用の円筒体をポリエーテルイミド（ＰＥＩ）で形成した請求項２に記載の流体軸受装置。
4. スリーブを金属で形成し、潤滑流体シール用の円筒体に傾斜面を形成した請求項１から３のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
5. シールプレートの外周面と、これに接する潤滑流体シール用の円筒体の内周面の少なくとも一方には、傾斜面を設けた請求項１から４のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
6. シールプレートの外周面と、これに接する潤滑流体シール用の円筒体の内周面の一方には、凸部を設け、他方には、この凸部が突入する凹部を設けた請求項１から４のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
7. 潤滑流体シール用の円筒体の外端側には、突起を設けた請求項１から６のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
8. シールプレートの外端の外周面部分には、壁面を設けた請求項１から６のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
9. シールプレートと、潤滑流体シール用の円筒体の接合面で、シールプレートの外端側部分には、溝を設け、この溝内には、シール用接着剤を設けた請求項１から８のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の流体軸受装置のスリーブの外周に、ハブを一体化したスピンドルモータ。
11. 請求項１から９のいずれか１つに記載の流体軸受装置のシャフトの外周に、ハブを一体化したスピンドルモータ。
12. 請求項１０に記載のスピンドルモータのシャフトをベースに植設した情報記録再生装置。
13. 請求項１１に記載のスピンドルモータのスリーブをベースに植設した情報記録再生装置。
14. シャフトと、このシャフトの外周に回転自在に装着したスリーブと、このスリーブの両端側に対応するシャフト部分に固定したシールプレートとを備え、前記シャフトとスリーブとの少なくとも一方、および前記シールプレートとスリーブの少なくとも一方に動圧溝を設けた流体軸受装置において、
    前記スリーブの外周部に段部を形成し、その段部によってハブを軸方向に位置決めすることを特徴とするスピンドルモータ。
15. 請求項１４に記載のスピンドルモータのシャフトをベースに植設した情報記録再生装置。
16. 請求項１４に記載のスピンドルモータのシャフト先端部を押圧することによって、前記ベースに設けられたベース基準面に対する、前記ハブに設けられたディスク載置面の軸方向高さを所定の値に収めるように、シャフトをベースに植設するスピンドルモータの製造方法。

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