JP2013185658A - 回転機器およびその生産方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転機器は、静止体と、回転体と、静止体に対して回転体を回転自在に支持する軸支機構と、軸支機構に含まれ、静止体と回転体の何れかの部材の回転体の回転軸Rに直行する端面上の配置領域に、内周から外周に向かって周ごとに回転軸Rからの距離が漸増する渦巻き線に沿って断続して連なり、半径方向に一部が重複して配置される断続凹部の集合であって、潤滑媒体にスラスト動圧を発生するスラスト動圧発生溝と、を備える。
【選択図】図6
Description
このような軸受剛性の低下を補うために、動圧発生部の隙間を小さくすることが考えられる。しかし、この隙間を小さくすると、軸受損失が増えて消費電力が増大することがある。あるいは動圧発生部を加工する際に、その加圧力によって動圧発生部が変形することがある。例えばシャフトを環囲して収納する内周面を有する円筒部材の端面を軸方向に金型で加圧すると、その部材の内周面が内側に膨らむような変形をすることがある。この内周面にラジアル動圧発生溝が形成されている場合は、動圧発生溝が変形してその動圧形成に悪影響をおよぼすことが考えられる。また、内周面が変形すると、内周面と収納されるシャフトとが相対回転中に接触する可能性が大きくなる。回転中に接触すると、性能の低下、接触音の発生、あるいは接触部分の摩耗などの原因になる課題がある。また、内周面の変形を防止するように慎重に作業をするようにすると作業効率が低下する課題がある。
この態様によれば、渦巻き線に沿って連なる断続凹部の集合によってスラスト動圧発生溝を構成できる。このようなスラスト動圧発生溝は潤滑媒体にスラスト方向の動圧を発生することができる。
この態様によれば、断続凹部を加工してスラスト動圧発生溝を形成することができる。このようなスラスト動圧発生溝は潤滑媒体にスラスト方向の動圧を発生することができる。
例えばこの回転機器は、静止体に軸支手段を介して回転自在に取り付けられる回転体を含むことができる。軸支手段は静止体と回転体の何れかに設けられたスラスト軸支手段を備えることができる。例えばスラスト軸支手段は断続凹部の集合として形成されるスラスト動圧発生溝を含むことができる。例えば軸支手段は潤滑媒体に動圧を発生させるものであってもよい。例えば潤滑媒体は潤滑流体とすることがある。
例えば回転体には磁気記録ディスクなどの被駆動メディアを搭載しうる搭載手段を含むことがある。例えば軸支手段は静止体と回転体の何れかに設けられたラジアル軸支手段を含むことがある。例えばラジアル軸支手段は断続凹部の集合として形成されるラジアル動圧発生溝を含むことがある。例えばラジアル動圧発生溝はスラスト動圧発生溝が形成される部材に形成されることがある。例えばスラスト軸支手段はラジアル軸支手段を環囲する位置に設けられることがある。例えばこの回転機器は、回転体に回転トルクを与えるために回転駆動手段を備えることがある。例えばこの回転駆動手段はブラシレススピンドルモータであってもよい。例えばこの回転駆動手段はコイルとマグネットとを含むことがある。
図1は、実施の形態に係る回転機器100を示す斜視図である。図1は、発明の理解を容易にするため、トップカバー22を分離した状態を示す。回転機器100は、ベース24と、上シャフト部材110と、ハブ26と、磁気記録ディスク62と、データリード/ライト部60と、トップカバー22と、例えば6つのネジ104と、を含む。
以降ベース24に対してハブ26が搭載される側を上側として説明する。また、回転体の回転軸Rに沿った方向を軸方向と、回転軸Rに鉛直な平面上で回転軸Rを通る任意の方向を半径方向と、当該平面上における任意の方向を平面方向という。
ベース24はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース24は、回転機器100の底部を形成する底板部24aと、磁気記録ディスク62の載置領域を囲むように底板部24aの外周に沿って形成された外周壁部24bと、を有する。外周壁部24bの上面には、例えば6つのネジ孔24cが設けられる。
図2を参照する。
静止体2は上シャフト部材110と、下シャフト部材112と、ステータコア32と、コイル30と、磁性リング34と、をさらに含む。上シャフト部材110は上ロッド10と上フランジ12とを有する。下シャフト部材112は下ロッド14と下フランジ16とフランジ環囲部18とを有する。
回転体4は、シャフト環囲部材40、キャップ48と、円筒状のマグネット28と、をさらに含む。回転体4と静止体2との隙間の一部に潤滑剤20が連続的に介在する。シャフト環囲部材40はスリーブ42と筒状部44とリング状部材46とを有する。
下シャフト部材112は、中心に貫通路14bを有するロッド状の下ロッド14と、下ロッド14の外周面14aの下端側から半径方向外側に延在する円盤状の下フランジ16と、下フランジ16の外周縁から軸方向上側に突出する円筒状のフランジ環囲部18とを含む。下シャフト部材112は、中央に立設されたロッドを有するカップ形状を呈する(図3を参照)。例えば、下シャフト部材112は下ロッド14と下フランジ16とフランジ環囲部18とが一体に形成される。この場合、下シャフト部材112の製造誤差を低減でき、接合の手間を省くことができる。あるいは衝撃荷重に対する下シャフト部材112の変形を抑制することができる。例えば、下シャフト部材112はSUS303などの金属材料から切削加工によって形成される。下シャフト部材112は樹脂などの他の材料や、プレス加工やモールディングなど他の方法を用いて形成されてもよい。下シャフト部材112は、フランジ環囲部18の外周面18bおよび下フランジ16の外周面16bが開口24dの内周面に接着されることによってベース24に固定される。下ロッド14は、貫通路14bの下端が通路カバー120で覆われる。例えば、通路カバー120はシール剤を貫通路14bの下端および縁の周辺に塗布して硬化させて形成される。通路カバー120は例えば金属材料や樹脂材料から形成されるシートを接着固定してもよい。例えば、フランジ環囲部18の上端18cは、軸方向において後述する第1動圧発生溝50の配置領域またはその上側に位置する。このように構成することによって、フランジ環囲部18の内周面18aと後述するシャフト環囲部材40の外周面との隙間の体積を大きくして、保持可能な潤滑剤20の量を多くしうる。潤滑剤20を多く保持することで潤滑剤20の欠乏による障害発生の可能性を低減できる。
上シャフト部材110は、円筒凸部110fがトップカバー22の嵌合孔22dに嵌め込まれて、円筒凸部110fの周設凹部110gを含む先端部分がトップカバー22の上面に突き出る。周設凹部110gには嵌合孔22dより大形の留め具36が装着される。例えば、留め具36として、U字状やC字状のリングが周設凹部110gに嵌め込まれる。座部110hと留め具36とで嵌合孔22dの周縁を挟み込むことによって、上シャフト部材110はトップカバー22に結合される。嵌合孔22dの周縁と留め具36と円筒凸部110fとに亘ってシール部材38で覆われる。例えば、シール部材38は紫外線硬化性を有する硬化性樹脂を所定の領域に塗布した後、所定の積算光量の紫外線を照射して形成される。シール部材38はトップカバー22の上面から突出しないように形成される。トップカバー22は、円筒凸部110fをカバーするようにカバーフィルム58が貼り付けられる。シール部材38あるいはカバーフィルム58は、回転機器100の外部の非清浄な大気の清浄空間70へのリークインを抑制する。特に、シール部材38が嵌合孔22dの側面や、トップカバー22の下面と上シャフト部材110の座部110hとの間に付着すると、非清浄大気のリークインを一層抑制しうる。
(1)静止体2に対して回転体4が回転するとき、第3動圧発生溝54は所定の領域(以下、圧縮領域という。)に向かって潤滑剤20を掻集めることによって圧縮領域に動圧を発生する。
(2)発生動圧は潤滑剤20を掻集める量を増やすことによって大きくなる。また発生動圧は圧縮領域を狭くすることよって大きくなる。つまり、より狭い圧縮領域により多くの量の潤滑剤20を掻集めることによって、圧縮領域の動圧を高くすることが可能である。
なお、圧縮領域を外周側に設ける場合は、第3動圧発生溝は配置領域の内周側の軸方向深さ寸法を大きくし、外周側に向かって軸方向深さ寸法を小さく構成してもよい。また、圧縮領域を内周と外周の中間部に設ける場合は、第3動圧発生溝は配置領域の内周側および外周側の軸方向深さ寸法を大きくし、圧縮領域が設けられる中間部に向かって軸方向深さ寸法を小さく構成してもよい。
本発明の実施の形態に係る生産方法は回転機器を生産する方法である。回転機器は、例えばディスク駆動装置、特に磁気記録ディスクを搭載するハードディスクドライブである。以下では上述の回転機器100を生産する場合を例として説明する。
図14は本発明の実施の形態の生産方法を説明する模式図である。図14は、図2の筒状部44に収納されて結合されたスリーブ42の上面42cの配置領域610にスラスト動圧を発生する第3動圧発生溝54を形成する工程を示す。第3動圧発生溝54は、略中空円状の配置領域610に断続凹部630の集合として形成される。より具体的には、筒状部44に結合されたスリーブ42は、筒状部44の外周面44bが図示しないクランプ機構に保持されて、加工機械のスピンドルにクランプされる。そして加工機械のスピンドルを回転させることによって、筒状部44に結合されたスリーブ42を回転体の回転軸Rを中心に矢印658のように回転させる。そして、回転しているスリーブ42の上面42cに回転軸Rに沿った矢印652の方向に加工ツール640を接近させる。そして、加工ツール640を回転軸Rに沿った矢印656の方向に動かして上面42cに対して接触状態と非接触状態とを交互に繰返す往復運動させる。そして、加工ツール640を配置領域610の内周610a側から外周610b側に向かって矢印654の方向に移動させる。加工ツール640は配置領域610の外周610b側から内周610a側に向かって矢印654の方向に移動させてもよい。
(1)スリーブ42は、その外周面42bが筒状部44の内周面44aに例えば圧入固定される。圧入に代えて接着や圧入接着されてもよい(図4参照)。
(2)スリーブ42は、内周面42aに第1動圧発生溝50と第2動圧発生溝52とが設けられる(図4参照)。
(3)スリーブ42は、上面42cに第3動圧発生溝54が設けられる。スリーブ42は、下面42dに第4動圧発生溝56が設けられる(図4参照)。
(4)上ロッド10および上フランジ12が一体に結合された上シャフト部材110は、スリーブ42の内周面42aに挿入されて収納される(図4参照)。
(5)下フランジ16、フランジ環囲部18および下ロッド14が一体に結合された下シャフト部材112は、下ロッド14が上ロッド10の収納孔10aに挿入されて、結合される。下ロッド14は、上ロッド10の収納孔10aに圧入と接着を併用して結合される。例えば、下ロッド14は下フランジ16に近い領域で収納孔10aに圧入固定されて、下ロッド14は上フランジ12に近い領域で収納孔10aに接着固定される。つまり、下ロッド14と収納孔10aの接着領域は、それらの圧入領域の上側に位置する。
上ロッド10と下ロッド14とが結合された結果、スリーブ42は上フランジ12と下フランジ16の軸方向に対向する空間に間在する(図4参照)。
(6)リング状部材46は筒状部44に例えば圧入固定される。圧入に代えて接着や圧入接着されてもよい(図4参照)。
(7)回転体4と静止体2の所定の隙間に潤滑剤20が注入される。これで流体軸受ユニットが生産される(図4参照)。
(8)ハブ26の第2円環部26eの内周面26hにマグネット28が結合される(図2参照)。
(9)ハブ26の第1円環部26aの内周面26bに、筒状部44の外周面44bが例えば圧入固定される。圧入に代えて接着や圧入接着されてもよい(図4参照)。
(10)キャップ48が第1円環部26aの凹部26lに例えば圧入固定される。圧入に代えて接着や圧入接着されてもよい(図4参照)。
(11)コイル30が巻装されたステータコア32がベース24に例えば圧入固定される。圧入に代えて接着や圧入接着されてもよい(図2参照)。
(12)ベース24の開口24dにフランジ環囲部18が挿入され接着固定される(図4参照)。
(13)ハブ26に磁気記録ディスク62が結合される(図2参照)。
(14)ベース24にリード/ライト部60およびその他の部材が取り付けられる。
(15)円筒凸部110fがトップカバー22の嵌合孔22dに嵌め込まれて、留め具36が装着される。嵌合孔22dの周縁と留め具36と円筒凸部110fとに亘ってシール部材38で覆われ、カバーフィルム58が設けられる(図5参照)。
(16)トップカバー22がベース24に結合される。所定の検査がされて回転機器100が生産される。
なお、以上の回転機器100を生産する方法や工程順は例示であり、回転機器100はこれらと別の方法や工程順によって生産されてもよい。
本実施の形態に係る回転機器の生産方法によれば、切削加工により動圧発生溝を形成するから、スリーブに加わる軸方向の加圧力が抑制され、加圧力に起因するスリーブの内周面が膨らむような変形が抑制される。この結果、シャフトとスリーブが接触する可能性が小さくなり、性能の低下、接触音の発生、あるいは接触部分の摩耗などの発生を抑制できる。また、加工プログラムの変更によって形成される動圧発生溝の形状を容易に変更できる。この結果、効率的に動圧を生じうる動圧発生溝を形成して、小型化を容易にする回転機器の生産方法を提供することができる。
Claims (20)
- 静止体と、
回転体と、
前記静止体に対して前記回転体を回転自在に支持する軸支機構と、
前記軸支機構に含まれ、前記静止体と前記回転体の何れかの部材の前記回転体の回転軸Rに直行する端面上の配置領域に、内周から外周に向かって周ごとに前記回転軸Rからの距離が漸増する渦巻き線に沿って断続して連なり、半径方向に一部が重複して配置される断続凹部の集合であって、潤滑媒体にスラスト動圧を発生するスラスト動圧発生溝と、
を備えた回転機器。 - 前記断続凹部は、加工ツールを用いて加工された切削面を有することを特徴とする請求項1に記載の回転機器。
- 前記断続凹部は、前記回転軸Rを通る直線に沿った断面において、半径方向の幅が軸方向で内側に向かって漸減する曲線とされることを特徴とする請求項1または2に記載の回転機器。
- 前記断続凹部は、内周から外周に向かって10周以上周回する前記渦巻き線に沿って連なることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の回転機器。
- 前記軸支機構は前記静止体と前記回転体のいずれかの部材に設けられたラジアル動圧発生溝を含み、
前記断続凹部は、前記ラジアル動圧発生溝が設けられた部材に配置されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の回転機器。 - 前記軸支機構はシャフトと前記シャフトを環囲して相対回転可能に収納するスリーブを含み、
前記断続凹部は、前記スリーブの軸方向端面に配置されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の回転機器。 - 前記スラスト動圧発生溝は、その底部について周方向に測定した表面粗度はその底部について半径方向に測定した表面粗度より小さいことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の回転機器。
- 前記スラスト動圧発生溝は、前記配置領域の内周側と外周側のいずれか一方の側から他方の側に向かって軸方向深さ寸法が小さくされることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の回転機器。
- 前記スラスト動圧発生溝は、前記配置領域の内周側と外周側のいずれか一方の側から他方の側に向かって周方向幅寸法が小さくされることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の回転機器。
- 請求項1から9のいずれかに記載の回転機器を生産する方法であって、
前記断続凹部が加工される部材をワークと呼ぶとき、前記ワークの前記配置領域を含む形成面に、前記断続凹部を加工して前記スラスト動圧発生溝を形成する工程を含む回転機器の生産方法。 - 前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、
前記ワークを前記回転体の前記回転軸Rを中心に回転させることと、
回転している前記ワークの前記形成面に軸方向から加工ツールを接近させることと、
前記加工ツールを前記ワークの軸方向に動かして前記形成面に対して接触状態と非接触状態とを交互に繰返す往復運動させることと、
前記加工ツールを前記配置領域の内周側と外周側のいずれか一方の側から他方の側に向かって移動させることと、
を含むことを特徴とする請求項10に記載の回転機器の生産方法。 - 前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、前記ワークの回転の周期を前記往復運動の周期の整数倍に設定して実行されることを特徴とする請求項11に記載の回転機器の生産方法。
- 前記ワークの前記形成面の前記回転軸Rに対する直角度を小さくする前加工工程を含み、
前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、前記前加工工程に連続して実行されることを特徴とする請求項11または12に記載の回転機器の生産方法。 - 前記前加工工程における前記ワークの軸方向の加工代寸法は、前記断続凹部の軸方向深さ寸法より大きいこと特徴とする請求項13に記載の回転機器の生産方法。
- 前記スラスト動圧発生溝の表面の凹凸を小さくする後加工工程を含み、
前記スラスト動圧発生溝を形成する工程と前記後加工工程とは連続して実行されることを特徴とする請求項11から14のいずれかに記載の回転機器の生産方法。 - 前記後加工工程における前記ワークの軸方向の加工代寸法は、前記断続凹部の軸方向深さ寸法より小さいこと特徴とする請求項15に記載の回転機器の生産方法。
- 前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、圧電素子を用いて前記加工ツールを往復運動させることによって実行されることを特徴とする請求項11から16のいずれかに記載の回転機器の生産方法。
- 前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、非駆動状態の前記加工ツールの先端位置が前記形成面より軸方向外側に位置するように設定して実行されることを特徴とする請求項11から17のいずれかに記載の回転機器の生産方法。
- 前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、前記加工ツールを前記配置領域の内周側から外周側に向かって移動して実行されることを特徴とする請求項11から18のいずれかに記載の回転機器の生産方法。
- 前記軸支機構はシャフトと、前記シャフトを環囲して相対回転可能に収納するスリーブと、前記スリーブを環囲して結合される筒状部と、を含み、
前記スラスト動圧発生溝を形成する工程は、前記筒状部に結合された前記スリーブに前記断続凹部を加工することを含むことを特徴とする請求項10から19のいずれかに記載の回転機器の生産方法。
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