JP3896732B2 - Hydrodynamic bearing and spindle motor equipped with the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として磁気ディスク駆動装置に用いられるブラシレスモータ(以下、モータと略する)に関わるもので、詳しくは、その動圧軸受構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、OA分野のHDD機器の高容量化、高速化、高精度化、低騒音化に伴い、磁気ディスクを駆動するモータに高精度が強く要求されている。更に最近では小型化、薄型化、軽量化が要求されており、携帯性が特に求められている。携帯という行為があると、不可避的に落下する場合があるので必然的にモータに耐衝撃性という要求が付随する。これらの要求に応える技術として、ロータとステータとの間に設けられる軸受構造において、動圧軸受を採用することが検討されている。
【0003】
図7に、従来の動圧軸受の一例を示す。図7(a)はシャフト方向の断面図、図7(b)はスラスト板の表面を示す説明図である。図7(a)に示すように、モータのロータ(図示せず)に取り付けられているシャフト5aはステータ(図示せず)に固定されているスリーブ6aに挿入されており、スラスト板4cはシャフト5aに圧入されている。スリーブ6aにはスラスト板4cに対向するようにスラストカバー7aが設置されており、スラスト板4cの両面には図7(b)に示すように動圧発生溝8aが設けられている。ただし、動圧発生溝8aの形状は、スラスト板4cの上面と下面で略対称となっている。また、シャフト5a側面もしくは対向するスリーブ6a内周面には動圧発生溝8bが設けられている。
【0004】
このように動圧軸受を構成することにより、ラジアル方向の負荷は、モータ駆動時にロータを回転させて生じる動圧発生溝8bに生じる圧力を利用して荷重を支持し、またスラスト方向の負荷は、モータ駆動時にロータを回転させて生じる動圧発生溝8aに生じる圧力を利用して荷重を支持している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような動圧軸受では、スラスト板4cをシャフト5aに圧入する際に、スラスト板4cの寸法精度が悪化するという不具合を生じるおそれがあった。ここで、スラスト板4cの寸法精度が悪化するということは、スラスト板4cをシャフト5aに圧入することによる歪みが要因となり、スラスト板4cの平面度の悪化、スラスト板4c両面の平行度の悪化、スラスト板4cとシャフト5aの垂直度(組立精度)の悪化、及びスラスト板4cの両面に形成している動圧発生溝8aの形状を変形させるおそれがあることを意味する。
【0006】
近年の磁気ディスク駆動装置には高速アクセス化、高容量化、低騒音化が要求されており、装置に搭載されるモータにも要求に応じて高速回転化、高精度化、低騒音化に対応する必要がある。その要求に応えるために、モータ駆動時に潤滑剤を介して非接触でロータが浮上する動圧軸受の検討が必須である。動圧軸受を搭載したモータが駆動する時、スラスト板4cの動圧発生溝8aで生じた動圧により、ロータはスラスト方向に数μmほど浮上して非接触で回転することが可能となる。この非接触で回転するための浮上量を確保するために、スラスト板4cの部品精度、及びスラスト板4cとシャフト5aの組立精度には浮上量を上回る数μmという高精度が要求される。そして、スラスト板4cをシャフト5aに圧入する際に寸法精度が悪化すると浮上量を確保することが困難となり、スラスト板4cとスラストカバー7aの接触、またスラスト板4cとスリーブ6a対向面の接触により摩耗の要因となる。このような摩耗を生じると、スラスト方向の軸受剛性が不足してロータ負荷を支持できなくなり、ロータの振れ回りが大きくなるなど不具合を生じていた。
【0007】
磁気ディスク駆動装置などに搭載されたモータにおいて、スラスト板4cのシャフト5aへの圧入後、スラスト板4cのシャフト5aに対する垂直度及びスラスト板4cの平面度を良好に保つ一つの方法が特開平8−322193号公報に開示されている。その実施例を図8に引用する。これは、シャフト5dあるいはスラスト板4dのいずれか一方の圧入面に、スラスト板4dの板厚に応じた上下位置に環状凹部13を形成して、圧入面に生じる応力を対称でかつ均一とすることにより、シャフト5dのスラスト板4dに対する垂直度及び平面度を良好に保つものとしている。
【0008】
しかしこれは、シャフト5dあるいはスラスト板4dのいずれか一方の圧入面に環状凹部13を設ける構成としている。圧入面に環状凹部13を設けることにより、スラスト方向のスラスト板4dの圧入長さは、スラスト板4dの板厚より短くなる。すなわち、スラスト板4dの圧入によるシャフト5dに対する抜去力は、スラスト板4dの圧入面の長さにも依存しており、環状凹部13を設けることにより圧入長さが短くなった分だけ抜去力が低下するおそれがある。また、スラスト板4dとシャフト5dの圧入長さが短くなった分だけ、シャフト5dがスラスト板4dに対して傾き易くなるので、スラスト板4dとシャフト5dの垂直度を良好にすることが困難になるおそれがある。近年の磁気ディスク駆動装置の小型化、薄型化、軽量化に伴い動圧軸受部の薄型化が避けられない一方、装置の携帯性から動圧軸受部の耐衝撃性も求められている。つまり、動圧軸受部の薄型化はスラスト板4dの板厚の薄肉化を意味しており、耐衝撃性向上はスラスト板4dの抜去力を上昇することを意味している。スラスト板4dの板厚を薄肉化していくと、スラスト板4dの板厚に占める環状凹部13の厚みを無視することができなくなり、スラスト板4dのシャフト5dに対する抜去力を低下させて動圧軸受部の耐衝撃性を悪化させるおそれがあった。
【0009】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、まず第1がシャフトに圧入されたスラスト板の寸法精度を良好に保つことでスラスト軸受の摩耗を抑えて軸受部の信頼性を向上させることである。第2がスラスト板とシャフトの抜去力を上げることにより、軸受部の耐衝撃性を向上させることである。第3がシャフトもしくはスラスト板を複合材にすることにより、耐振性、耐衝撃性などの耐外力に優れた材料を軸受部に使用することである。これらの課題解決により、磁気ディスク駆動装置の信頼性及び耐外力を向上させることができる動圧軸受及びそれを搭載したスピンドルモータを実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、動圧軸受におけるラジアル方向の負荷を支持するシャフトを嵌合したスリーブを有し、スラスト方向の負荷を支持するスラスト板を有し、前記スラスト板は前記シャフトに圧入されており、前記スラスト板もしくは前記スラスト板に対向する面に動圧発生溝を有し、前記スリーブはスラストカバーで閉塞され、前記シャフトと前記スリーブと前記スラストカバーと前記スラスト板の隙間に潤滑剤を有し、前記スラスト板上において前記動圧発生溝から前記シャフト挿入孔の間に、前記スラスト板の両面に前記圧入された時の内圧を開放するための環状溝を有しており、前記環状溝に埋込材料を埋設して複合材としているものである。また、前記シャフトの前記スラスト板を圧入している方の端面に、前記スラスト板の圧入面より深い前記圧入された時の内圧を開放するための穴を有しているものである。また、前記穴に埋込材料を埋設して複合材としているものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0012】
(実施の形態1)
本発明の第1の実施例に関わる動圧軸受を図1(a)及び(b)に示す。
【0013】
図1(a)はシャフト方向の断面図、図1(b)はスラスト板の表面を示す説明図である。図1(a)において、シャフト5aがスリーブ6aに挿入されており、スリーブ6aにスラストカバー7aが固定されており、シャフト5aには動圧発生溝8bが形成されている。シャフト5aには、スラストカバー7aに対向するようにスラスト板4aが圧入されている。スラスト板4aの両面には、図1(b)に示すような動圧発生溝8aが形成されている。ただし、動圧発生溝8aの形状は、スラスト板4aの上面と下面で略対称となっている。スラスト板4aに形成された動圧発生溝8aに対して半径方向に小さい部位に、環状溝1をスラスト板4aの両面に設けるように構成する。
【0014】
このように構成された動圧軸受は、モータ駆動時、シャフト5a上に形成した動圧発生溝8bにより生じる動圧でラジアル方向の負荷を支持し、シャフト5aに圧入固定しているスラスト板4aに形成した動圧発生溝8aにより生じる動圧でスラスト方向の負荷を支持する。
【0015】
近年のHDDドライブの高速アクセス化、高容量化、低騒音化は、磁気ディスク駆動装置に高速回転数化、高精度化、静音性を要求しており、磁気ディスク駆動装置に搭載されるモータに動圧軸受を組み込むことが必須となっている。モータに動圧軸受を搭載することにより、ロータとステータが潤滑剤を介して数μm浮上してロータが非接触で回転するので、玉軸受で生じる機械接触に起因する振れ回り及び雑音等が無くなり、高速回転域における高精度、低騒音を実現することが可能となる。動圧軸受を搭載したモータが駆動する時、ロータがステータに対して数μm浮上するためには、スラスト板4aの部品精度及びスラスト板4aとシャフト5aの組立精度に浮上量を上回る数μmという高精度が要求される。仮に、スラスト板4aが傾いた状態でシャフト5aに固定されたり、スラスト板4aの部品精度が悪かったりすると、スラスト板4aに形成される動圧発生溝で生じる動圧が少なくなり、ロータが浮上できないという不具合を招く。ロータが浮上できない状態でモータが高速回転すると、スラスト板4aとスラストカバー7aが焼き付いてしまい、磁気ディスク駆動装置が故障してしまう。したがって、動圧軸受を構成するスラスト板4aの部品精度、及びスラスト板4aとシャフト5aの組立精度には数μmという高精度が要求される。
【0016】
次に、スラスト板4aとシャフト5aの固定方法について考えてみる。図1の動圧軸受を構成するスラスト板4aはシャフト5aに圧入固定されている。スラスト板4aとシャフト5aの固定には、圧入固定の他に、接着固定、カシメ固定、溶接固定などが考えられる。しかし接着固定の場合、軸受内部に接着剤を浸積することになり、潤滑剤に接着剤が溶け込んで潤滑剤を変質させるおそれがある。また、カシメ固定の場合、スラスト板4aもしくはシャフト5aをカシメのために外力を加えて変形させるため、スラスト板4aとシャフト5aに寸法変化(外形変化)による精度悪化を生じるおそれがある。また、溶接固定の場合、スラスト板4aとシャフト5aの材料が溶接可能な材料に限定されるという不具合を生じる。したがって、スラスト板4aをシャフト5aに圧入固定することが優位であると考えられる。
【0017】
以上の点から、スラスト板4aの部品精度、及びスラスト板4aとシャフト5aの圧入固定による組立精度には高精度が求められることが分かる。
【0018】
図1(a)のようにスラスト板4aに環状溝1を有すると、スラスト板4aがシャフト5aに圧入された後でもスラスト板4aの寸法精度を維持すると共に、スラスト板4aとシャフト5aの組立精度を良好にすることが可能となる。スラスト軸受は、モータが駆動するときにスラスト板4aに形成した動圧発生溝8aが生じる動圧によりスラスト方向の負荷を支持する構成であり、このときロータがスラスト方向に数μmほど浮上する。このロータの浮上という機能により、ロータが潤滑剤を介して非接触で回転することが可能となるので、モータが高速回転域において高精度、低騒音となる。反面、浮上という機能を有するためには、スラスト板4aの部品精度、及びスラスト板4aとシャフト5aの組立精度に高精度が要求されることになる。このスラスト板4aの部品精度を出すために、スラスト板4aの部材において両面研磨を行ったり、ラッピング加工を実施している。そのような加工を施して高精度に仕上げたスラスト板4aをシャフト5aに圧入したとき、スラスト板4aの内径部に生じる圧力がスラスト板4aに歪みを生じさせる。しかし、スラスト板4aの表面に環状溝1を形成したことにより、スラスト板4aの内径部に生じた圧力は環状溝1で開放されるため、スラスト板4aの動圧発生溝8aが形成される両面上において環状溝1より半径方向に大きい部位では歪みが生じない。シャフト5aをスラスト板4aに圧入した後、スラスト板4aの両面には歪みが生じないので、スラスト板4aの寸法精度を圧入の影響なしに高精度に維持することができる。また、スラスト板4a両面の動圧発生溝8aより大きい部位には、シャフト5aへの圧入による歪みが生じないので、スラスト板4aとシャフト5aの圧入しめ代を大きくすることが可能となり、スラスト板4aのシャフト5aからの抜去力向上より耐衝撃性向上を図ることができる。
【0019】
したがって、スラスト板4aのシャフト5aへの圧入によるスラスト板4aの寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、軸受部の耐衝撃性を向上させることができる。
【0020】
なお、本実施の形態では、動圧発生溝8aをスラスト板4a面上に形成しているが、スリーブ6a端面とスラストカバー7aの対向する面に動圧発生溝8aを形成する場合でも同様な効果が得られる。また、スラスト板4aの両面に形成されている環状溝1は、上面と下面にて溝幅、溝深さなどの溝形状が同じでない場合でも同様な効果が得られる。
【0021】
(実施の形態2)
本発明の第2の実施例に関わる動圧軸受を図2(a)及び(b)に示す。
【0022】
図2(a)はシャフト方向の断面図、図2(b)はスラスト板の表面を示す説明図である。図2(a)において、シャフト5aがスリーブ6aに挿入されており、スリーブ6aにスラストカバー7aが固定されており、シャフト5aには動圧発生溝8bが形成されている。シャフト5aには、スラストカバー7aに対向するようにスラスト板4bが圧入されている。スラスト板4bの両面には、図2(b)に示すような動圧発生溝8aが形成されている。ただし、動圧発生溝8aの形状は、スラスト板4bの上面と下面で略対称となっている。スラスト板4bに形成された動圧発生溝8aに対して半径方向に小さい部位に、環状溝1をスラスト板4bの両面に有し、環状溝1には埋込材料3を設けるように構成する。
【0023】
このように構成された動圧軸受は、モータ駆動時、シャフト5a上に形成した動圧発生溝8bにより生じる動圧でラジアル方向の負荷を支持し、シャフト5aに圧入固定しているスラスト板4bに形成した動圧発生溝8aにより生じる動圧でスラスト方向の負荷を支持する。
【0024】
図2(a)のようにスラスト板4bに環状溝1を有すると、スラスト板4bがシャフト5aに圧入された後でもスラスト板4bの寸法精度を維持できる。スラスト軸受は、モータが駆動するときにスラスト板4bに形成した動圧発生溝8aが生じる動圧によりスラスト方向の負荷を支持する構成であり、このときロータがスラスト方向に数μmほど浮上する。それゆえ、スラスト板4b単品には、両面において浮上量を上回る寸法精度が要求されることになる。その寸法精度を出すために、スラスト板4bの部品段階において両面研磨を行ったり、ラッピング加工を実施している。そのような高精度なスラスト板4bをシャフト5aに圧入したとき、スラスト板4bの内径部に生じる内圧がスラスト板4bに歪みを生じさせる。しかし、スラスト板4bの表面に環状溝1を設けたことにより、スラスト板4bの内径部に生じた内圧を環状溝1において開放するため、スラスト板4bの動圧発生溝8aが形成される両面上において環状溝1より半径方向に大きい部位では歪みが生じない。そして、スラスト板4bをシャフト5aに圧入した後、埋込材料3を環状溝1に埋設する。スラスト板4bの両面には歪みが生じないので、スラスト板4bの寸法精度を圧入の影響なしに維持することができる。また、スラスト板4b両面の動圧発生溝8aより大きい部位には、シャフト5aへの圧入による歪みが生じないので、スラスト板4bとシャフト5aの圧入しめ代を大きくすることが可能となり、スラスト板4bのシャフト5aからの抜去力向上より耐衝撃性向上を図ることができる。更に、埋込材料3がスラスト板4bより硬質な材質である場合(例えばスラスト板4bが銅合金であるときは埋込材料3を鉄にする等)、スラスト板4b自体が強度を増した複合材となるので、モータに衝撃などの外力が作用したときにスラスト板4bが変形し難くなり、軸受部の耐衝撃性を向上させることが可能となる。一方、埋込材料3がスラスト板4bより軟質な材質である場合(例えば樹脂、接着剤、金属粉を接着材固着したもの等)、スラスト板4b自体が減衰材料を有した複合材となるので、モータに振動、衝撃などの外力が作用したとき、スラスト板4bに加わる負荷を埋込材料3が減衰吸収するため、軸受部の耐振性、耐衝撃性を向上させることが可能となる。
【0025】
したがって、スラスト板4bのシャフト5aへの圧入によるスラスト板4bの寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、環状溝1に埋込材料3を有することにより、軸受部の耐振性、耐衝撃性を向上させることができる。
【0026】
なお、本実施の形態では、動圧発生溝8aをスラスト板4b面上に形成しているが、スリーブ6a端面とスラストカバー7aの対向する面に動圧発生溝8aを形成する場合でも同様な効果が得られる。また、スラスト板4bの両面に形成されている環状溝1は、上面と下面にて溝幅、溝深さなどの溝形状が同じでない場合でも同様な効果が得られる。
【0027】
(実施の形態3)
本発明の第3の実施例に関わる動圧軸受を図3(a)及び(b)に示す。
【0028】
図3(a)はシャフト方向の断面図、図3(b)はスラスト板の表面を示す説明図である。図3(a)において、シャフト5bがスリーブ6aに挿入されており、スリーブ6aにスラストカバー7aが固定されており、シャフト5bには動圧発生溝8bが形成されている。シャフト5bには、スラストカバー7aに対向するようにスラスト板4cが圧入されている。スラスト板4cの両面には、図3(b)に示すような動圧発生溝8aが形成されている。ただし、動圧発生溝8aの形状は、スラスト板4cの上面と下面で略対称となっている。スラスト板4cを圧入する方のシャフト端面からスラスト板4cの板厚を含む圧入面までの寸法をL1とし、スラスト板4cが圧入される方のシャフト5b端面に深さL2の孔2を設け、L1≦L2となるように構成する。
【0029】
このように構成された動圧軸受は、モータ駆動時、シャフト5b上に形成した動圧発生溝8bにより生じる動圧でラジアル方向の負荷を支持し、シャフト5bに圧入固定しているスラスト板4cに形成した動圧発生溝8aにより生じる動圧でスラスト方向の負荷を支持する。
【0030】
図3(a)のようにシャフト5b端面に穴2を有すると、スラスト板4cがシャフト5bに圧入された後でもスラスト板4cの寸法精度を維持できる。スラスト軸受は、モータが駆動するときにスラスト板4cに形成した動圧発生溝8aが生じる動圧によりスラスト方向の負荷を支持する構成であり、このときロータがスラスト方向に数μmほど浮上する。それゆえ、スラスト板4c単品には、両面において浮上量を上回る寸法精度が要求されることになる。その寸法精度を出すために、スラスト板4cの部品段階において両面研磨を行ったり、ラッピング加工を実施している。そのような高精度なスラスト板4cをシャフト5bに圧入したとき、スラスト板4cの内径部に生じる内圧はスラスト板4cに歪みを生じさせる。しかし、シャフト5bの端面に穴2を形成したことにより、スラスト板4cとシャフト5bの圧入面で生じる圧力はシャフト5bの穴2で開放されるため、スラスト板4cの動圧発生溝8aが形成される両面上において歪みを生じない。シャフト5bをスラスト板4cに圧入した後、スラスト板4cの両面には歪みが生じないので、スラスト板4cの寸法精度を圧入の影響なしに維持することができる。また、スラスト板4cにはシャフト5bへの圧入による歪みが生じないので、スラスト板4cとシャフト5bの圧入しめ代を大きくすることが可能となり、スラスト板4cのシャフト5bからの抜去力向上より耐衝撃性向上を図ることができる。
【0031】
したがって、スラスト板4cのシャフト5bへの圧入によるスラスト板4cの寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、軸受部の耐衝撃性を向上させることができる。
【0032】
なお、本実施の形態では、動圧発生溝8aをスラスト板4c面上に形成しているが、スリーブ6a端面とスラストカバー7aの対向する面に動圧発生溝8aを形成する場合でも同様な効果が得られる。
【0033】
(実施の形態4)
本発明の第4の実施例に関わる動圧軸受を図4(a)及び(b)に示す。
【0034】
図4(a)はシャフト方向の断面図、図4(b)はスラスト板の表面を示す説明図である。図4(a)において、シャフト5bがスリーブ6aに挿入されており、スリーブ6aにスラストカバー7aが固定されており、シャフト5bには動圧発生溝8bが形成されている。シャフト5bには、スラストカバー7aに対向するようにスラスト板4cが圧入されている。スラスト板4cの両面には、図4(b)に示すような動圧発生溝8aが形成されている。ただし、動圧発生溝8aの形状は、スラスト板4cの上面と下面で略対称となっている。スラスト板4cを圧入する方のシャフト端面からスラスト板4cの板厚を含む圧入面までの寸法をL1とし、スラスト板4cが圧入される方のシャフト5b端面に深さL2の穴2を設け、L1≦L2となるようにする。そして、穴2には埋込材料3を設けるように構成する。
【0035】
このように構成された動圧軸受は、モータ駆動時、シャフト5b上に形成した動圧発生溝8bにより生じる動圧でラジアル方向の負荷を支持し、シャフト5bに圧入固定しているスラスト板4cに形成した動圧発生溝8aにより生じる動圧でスラスト方向の負荷を支持する。
【0036】
図4(a)のようにシャフト5b端面に穴2を有すると、スラスト板4cがシャフト5bに圧入された後でもスラスト板4cの寸法精度を維持できる。スラスト軸受は、モータが駆動するときにスラスト板4cに形成した動圧発生溝8aが生じる動圧によりスラスト方向の負荷を支持する構成であり、このときロータがスラスト方向に数μmほど浮上する。それゆえ、スラスト板4c単品には、両面において浮上量を上回る寸法精度が要求されることになる。その寸法精度を出すために、スラスト板4cの部品段階において両面研磨を行ったり、ラッピング加工を実施している。そのような高精度なスラスト板4cをシャフト5bに圧入したとき、スラスト板4cの内径部に生じる内圧はスラスト板4cに歪みを生じさせる。しかし、シャフト5bの端面に穴2を形成したことにより、スラスト板4cとシャフト5bの圧入面で生じる圧力はシャフト5bの穴2で開放されるため、スラスト板4cの動圧発生溝8aが形成される両面上において歪みを生じない。そして、スラスト板4cをシャフト5bに圧入した後、埋込材料3を穴2に埋設する。スラスト板4cの両面には歪みが生じないので、スラスト板4cの寸法精度を圧入の影響なしに維持することができる。また、スラスト板4cをシャフト5bへ圧入することによる歪みが生じないので、スラスト板4cとシャフト5bの圧入しめ代を大きくすることが可能となり、スラスト板4cのシャフト5bからの抜去力向上より耐衝撃性向上を図ることができる。更に、埋込材料3がシャフト5bより硬質な材質である場合(例えばシャフト5bが鉄であるときは埋込材料3をセラミックにする等)、シャフト5bにおけるスラスト板4cの圧入部位が強度を増した複合材となるので、モータに衝撃などの外力が作用したときに圧入部位が変形し難くなり、軸受部の耐衝撃性を向上させることが可能となる。一方、埋込材料3がシャフト5bより軟質な材質である場合(例えば樹脂、接着剤、金属粉を接着材固着したもの等)、シャフト5b自体が減衰材料を有した複合材となるので、モータに振動、衝撃などの外力が作用したとき、シャフト5bに加わる負荷を埋込材料3が減衰吸収するため、軸受部の耐振性、耐衝撃性を向上させることが可能となる。
【0037】
したがって、スラスト板4cをシャフト5bに圧入することによるスラスト板4cの寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、穴2に埋込材料3を有することにより、軸受部の耐振性、耐衝撃性を向上させることができる。
【0038】
なお、本実施の形態では、動圧発生溝8aをスラスト板4c面上に形成しているが、スリーブ6a端面とスラストカバー7aの対向する面に動圧発生溝8aを形成する場合でも同様な効果が得られる。
【0039】
(実施の形態5)
本発明の第5の実施例に関わる動圧軸受を搭載したスピンドルモータを図5に示す。図5はその断面図である。
【0040】
図5において、励磁状態で磁界を発生するステータコイルを備えたステータコア9を有し、このステータコイルの磁界との電磁相互作用により回転力を得るロータマグネット10を備えたロータを有し、ロータを支持するシャフト5aはハブ11に固定されており、ブラケット12に固定されているスリーブ6aに挿入されている。シャフト5a側面には動圧発生溝8bを形成しており対向するスリーブ6aとラジアル軸受を構成している。スラスト板4aはシャフト5aに圧入固定されており、スラストカバー7aはスリーブ6aに設置されている。スラスト板4aの両面には動圧発生溝(図示せず)が形成されており、対向するスリーブ端面とスラストカバー7aによりスラスト軸受を構成している。そして、スラスト板4aに形成されている動圧発生溝より半径方向に小さい部位に環状溝1を有する構成としている。
【0041】
このようにスラスト板4aに環状溝1を有すると、スラスト板4aがシャフト5aに圧入された後でもスラスト板4aの寸法精度を維持できる。スラスト軸受は、モータが駆動するときにスラスト板4aに形成した動圧発生溝が生じる動圧によりスラスト方向の負荷を支持する構成であり、このときロータがスラスト方向に数μmほど浮上する。それゆえ、スラスト板4a単品には、その両面において浮上量を上回る寸法精度が要求されることになる。その寸法精度を出すために、スラスト板4aの部品段階において両面研磨を行ったり、ラッピング加工を実施している。そのような高精度なスラスト板4aをシャフト5aに圧入したとき、スラスト板4aの内径部に生じる内圧はスラスト板4aに歪みを生じさせる。しかし、スラスト板4aの表面に環状溝1を形成したことにより、スラスト板4aの内径部に生じた内圧は環状溝1で開放されるため、スラスト板4aの動圧発生溝が形成される両面上において環状溝1より半径方向に大きい部位では歪みが生じない。シャフト5aをスラスト板4aに圧入した後、スラスト板4aの両面には歪みが生じないので、スラスト板4aの寸法精度を圧入の影響なしに維持することができる。また、スラスト板4a両面の動圧発生溝8aより大きい部位には、シャフト5aへの圧入による歪みが生じないので、スラスト板4aとシャフト5aの圧入しめ代を大きくすることが可能となり、スラスト板4aのシャフト5aからの抜去力向上より耐衝撃性向上を図ることができる。
【0042】
したがって、スラスト板4aのシャフト5aへの圧入によるスラスト板4aの寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、軸受部の耐衝撃性を向上させることができる。
【0043】
(実施の形態6)
本発明の第6の実施例に関わる動圧軸受を搭載したスピンドルモータを図6に示す。図6はその断面図である。
【0044】
図6において、励磁状態で磁界を発生するステータコイルを備えたステータコア9を有し、このステータコイルの磁界との電磁相互作用により回転力を得るロータマグネット10を備えたロータを有し、ロータを支持するシャフト5cはブラケット12に固定されており、ハブ11に固定されているスリーブ6bに挿入されている。シャフト5c側面には動圧発生溝8bを形成しており対向するスリーブ6bとラジアル軸受を構成している。スラスト板4aはシャフト5cに圧入固定されており、スラストカバー7bはスリーブ6bに設置されている。スラスト板4aの両面には動圧発生溝(図示せず)が形成されており、対向するスリーブ端面とスラストカバー7bによりスラスト軸受を構成している。そして、スラスト板4aに形成されている動圧発生溝より半径方向に小さい部位に環状溝1を有する構成としている。
【0045】
このようにスラスト板4aに環状溝1を有すると、スラスト板4aがシャフト5cに圧入された後でもスラスト板4aの寸法精度を維持できる。スラスト軸受は、モータが駆動するときにスラスト板4aに形成した動圧発生溝が生じる動圧によりスラスト方向の負荷を支持する構成であり、このときロータがスラスト方向に数μmほど浮上する。それゆえ、スラスト板4a単品には、その両面において浮上量を上回る寸法精度が要求されることになる。その寸法精度を出すために、スラスト板4aの部品段階において両面研磨を行ったり、ラッピング加工を実施している。そのような高精度なスラスト板4aをシャフト5cに圧入したとき、スラスト板4aの内径部に生じる内圧はスラスト板4aに歪みを生じさせる。しかし、スラスト板4aの表面に環状溝1を形成したことにより、スラスト板4aの内径部に生じた内圧は環状溝1で開放されるため、スラスト板4aの動圧発生溝が形成される両面上において環状溝1より半径方向に大きい部位では歪みが生じない。シャフト5cをスラスト板4aに圧入した後、スラスト板4aの両面には歪みが生じないので、スラスト板4aの寸法精度を圧入の影響なしに維持することができる。また、スラスト板4a両面の動圧発生溝より大きい部位には、シャフト5cへの圧入による歪みが生じないので、スラスト板4aとシャフト5cの圧入しめ代を大きくすることが可能となり、スラスト板4aのシャフト5cからの抜去力向上より耐衝撃性向上を図ることができる。
【0046】
したがって、スラスト板4aのシャフト5cへの圧入によるスラスト板4aの寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、軸受部の耐衝撃性を向上させることができる。
【0047】
以上本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で様々な応用展開が可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に関わる動圧軸受においては、スラスト板に環状溝を形成したこと、あるいはシャフトに穴を形成したこと、あるいは環状溝に埋込材料を埋設すること、あるいは穴に埋込材料を埋設することにより、以下の効果がある。
【0049】
まず第一が、スラスト板の寸法精度を良好に維持することにより、軸受部の信頼性を向上できることである。つまり、スラスト板は高精度を出すために部品段階にて両面研磨、ラッピング加工などを行っているが、スラスト板をシャフトに圧入した際に圧入面にて生じる内圧を環状溝あるいは穴にて開放することによりスラスト板の表面が歪むことを防ぎ、スラスト板の高精度を維持させる。それゆえ、軸受部の剛性不足による軸振れなどの不具合を防ぐことが可能となり、軸受部の信頼性向上を実現することができる。
【0050】
第二に、モータの耐振性、耐衝撃性向上を実現することができる。つまり、環状溝あるいは穴に埋設された埋込材料にて複合材を構成することにより、モータに加えられた外力を緩和吸収したり、スラスト板あるいはシャフトの剛性を上げることで耐振性、耐衝撃性向上を実現することができる。
【0051】
したがって、スラスト板をシャフトに圧入することによるスラスト板の寸法精度悪化を防ぐことにより軸受剛性不足による、回転むら、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防止することができると共に、軸受部の信頼性向上を図ることができる。また、環状溝あるいは孔に埋込材料を有することにより、軸受部の耐振性、耐衝撃性を向上させることができる。
【0052】
また、このような動圧軸受を搭載したから、回転むら、浮上量不足、軸の傾き、軸振れなどの不具合を未然に防ぎ、耐振性、耐衝撃性が強く、且つ長寿命である優れたスピンドルモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)本発明に関わる動圧軸受のシャフト方向の断面図
(b)同スラスト板の表面を示す説明図
【図2】 (a)本発明に関わる動圧軸受のシャフト方向の断面図
(b)同スラスト板の表面を示す説明図
【図3】 (a)本発明に関わる動圧軸受のシャフト方向の断面図
(b)同スラスト板の表面を示す説明図
【図4】 (a)本発明に関わる動圧軸受のシャフト方向の断面図
(b)同スラスト板の表面を示す説明図
【図5】 本発明に関わる動圧軸受を搭載したスピンドルモータの断面図
【図6】 本発明に関わる動圧軸受を搭載したスピンドルモータの断面図
【図7】 (a)従来の動圧軸受のシャフト方向の断面図
(b)同スラスト板の表面を示す説明図
【図8】 従来の動圧軸受を搭載したスピンドルモータの断面図
【符号の説明】
1 環状溝
2 穴
3 埋込材料
4a、4b、4c、4d スラスト板
5a、5b、5c、5d シャフト
6a、6b スリーブ
7a、7b スラストカバー
8a、8b 動圧発生溝
9 ステータコア
10 ロータマグネット
11 ハブ
12 ブラケット
13 環状凹部
L1 シャフト端面からスラスト板圧入面までの寸法
L2 穴の深さ寸法[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a brushless motor (hereinafter abbreviated as a motor) used in a magnetic disk drive, and more particularly to a dynamic pressure bearing structure thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with high capacity, high speed, high precision, and low noise of HDD equipment in the OA field, high precision is strongly demanded for motors that drive magnetic disks. Furthermore, recently, miniaturization, thinning, and weight reduction are required, and portability is particularly required. When there is an act of carrying, there is a case where it falls unavoidably, so the motor is necessarily accompanied by a demand for impact resistance. As a technique that meets these requirements, it has been studied to employ a hydrodynamic bearing in a bearing structure provided between a rotor and a stator.
[0003]
FIG. 7 shows an example of a conventional dynamic pressure bearing. FIG. 7A is a sectional view in the shaft direction, and FIG. 7B is an explanatory view showing the surface of the thrust plate. As shown in FIG. 7A, a shaft 5a attached to a rotor (not shown) of a motor is inserted into a
[0004]
By configuring the hydrodynamic bearing in this way, the radial load supports the load using the pressure generated in the dynamic
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a dynamic pressure bearing, when the
[0006]
Recent magnetic disk drive devices are required to have high-speed access, high capacity, and low noise, and the motors mounted on the devices also support high-speed rotation, high accuracy, and low noise as required. There is a need to. In order to meet this demand, it is essential to study a hydrodynamic bearing in which the rotor floats in a non-contact manner through a lubricant when the motor is driven. When a motor equipped with a hydrodynamic bearing is driven, the rotor can float in the thrust direction by several μm and rotate in a non-contact manner due to the dynamic pressure generated in the dynamic
[0007]
In a motor mounted on a magnetic disk drive or the like, one method for maintaining good verticality of the
[0008]
However, this is configured such that the
[0009]
The present invention solves such a conventional problem. First, by maintaining good dimensional accuracy of the thrust plate press-fitted into the shaft, the wear of the thrust bearing is suppressed and the reliability of the bearing portion is improved. It is to let you. The second is to improve the impact resistance of the bearing portion by increasing the pulling force of the thrust plate and the shaft. Thirdly, by using a composite material for the shaft or thrust plate, a material having excellent external resistance such as vibration resistance and impact resistance is used for the bearing portion. By solving these problems, it is an object to realize a dynamic pressure bearing capable of improving the reliability and external resistance of a magnetic disk drive and a spindle motor equipped with the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-mentioned problems has a sleeve fitted with a shaft for supporting a radial load in a dynamic pressure bearing, and has a thrust plate for supporting a load in a thrust direction, It is press-fitted into a shaft, has a dynamic pressure generating groove on the thrust plate or a surface facing the thrust plate, the sleeve is closed by a thrust cover, and the shaft, the sleeve, the thrust cover, and the thrust plate Having a lubricant in the gap, and having an annular groove on the thrust plate between the dynamic pressure generating groove and the shaft insertion hole for releasing the internal pressure when the press-fitting is performed on both surfaces of the thrust plate. Embedded material embedded in the annular grooveAs a composite materialIs. Moreover, the end surface of the shaft into which the thrust plate is press-fitted has a hole for releasing the internal pressure when the press-fitting is deeper than the press-fitting surface of the thrust plate. Also, embed material in the holeBuried and compositeIt is what you are doing.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
(Embodiment 1)
A hydrodynamic bearing according to the first embodiment of the present invention is shown in FIGS.
[0013]
FIG. 1A is a sectional view in the shaft direction, and FIG. 1B is an explanatory view showing the surface of a thrust plate. In FIG. 1A, a shaft 5a is inserted into a
[0014]
The dynamic pressure bearing thus configured supports a radial load by dynamic pressure generated by the dynamic
[0015]
In recent years, high-speed access, high capacity, and low noise in HDD drives have required magnetic disk drive devices to achieve high speed, high accuracy, and low noise. It is essential to incorporate a hydrodynamic bearing. By mounting a hydrodynamic bearing on the motor, the rotor and stator are lifted by a few μm through the lubricant and the rotor rotates in a non-contact manner, so there is no run-out and noise caused by mechanical contact caused by the ball bearing. It is possible to achieve high accuracy and low noise in the high speed rotation range. When a motor equipped with a hydrodynamic bearing is driven, in order for the rotor to float several μm from the stator, the component accuracy of the thrust plate 4a and the assembly accuracy of the thrust plate 4a and the shaft 5a are several μm higher than the flying height. High accuracy is required. If the thrust plate 4a is tilted and fixed to the shaft 5a, or if the accuracy of the parts of the thrust plate 4a is poor, the dynamic pressure generated in the dynamic pressure generating grooves formed on the thrust plate 4a will decrease, and the rotor will float. It causes a problem that it cannot be done. If the motor rotates at a high speed in a state where the rotor cannot be lifted, the thrust plate 4a and the
[0016]
Next, a method for fixing the thrust plate 4a and the shaft 5a will be considered. A thrust plate 4a constituting the dynamic pressure bearing of FIG. 1 is press-fitted and fixed to a shaft 5a. For fixing the thrust plate 4a and the shaft 5a, in addition to press-fit fixing, adhesion fixing, caulking fixing, welding fixing, and the like are conceivable. However, in the case of adhesive fixing, the adhesive is immersed inside the bearing, and there is a possibility that the adhesive dissolves in the lubricant and alters the lubricant. In the case of caulking, since the thrust plate 4a or the shaft 5a is deformed by applying an external force for caulking, the thrust plate 4a and the shaft 5a may be deteriorated in accuracy due to a dimensional change (external shape change). Moreover, in the case of welding fixation, the malfunction that the material of the thrust plate 4a and the shaft 5a is limited to the material which can be welded arises. Therefore, it is considered advantageous to press-fit and fix the thrust plate 4a to the shaft 5a.
[0017]
From the above points, it can be seen that high accuracy is required for the accuracy of the parts of the thrust plate 4a and the assembly accuracy of the thrust plate 4a and the shaft 5a by press-fitting.
[0018]
When the thrust plate 4a has the
[0019]
Therefore, by preventing deterioration of the dimensional accuracy of the thrust plate 4a due to press-fitting of the thrust plate 4a into the shaft 5a, problems such as uneven rotation, shaft inclination, shaft runout due to insufficient bearing rigidity can be prevented, and the bearing portion The reliability can be improved. Moreover, the impact resistance of the bearing portion can be improved.
[0020]
In this embodiment, the dynamic
[0021]
(Embodiment 2)
A hydrodynamic bearing according to a second embodiment of the present invention is shown in FIGS.
[0022]
FIG. 2A is a sectional view in the shaft direction, and FIG. 2B is an explanatory view showing the surface of the thrust plate. In FIG. 2A, a shaft 5a is inserted into a
[0023]
The dynamic pressure bearing configured in this manner supports a radial load with dynamic pressure generated by a dynamic
[0024]
If the
[0025]
Therefore, by preventing deterioration of the dimensional accuracy of the
[0026]
In this embodiment, the dynamic
[0027]
(Embodiment 3)
A hydrodynamic bearing according to a third embodiment of the present invention is shown in FIGS.
[0028]
3A is a cross-sectional view in the shaft direction, and FIG. 3B is an explanatory view showing the surface of the thrust plate. In FIG. 3A, a
[0029]
The dynamic pressure bearing thus configured supports a radial load with dynamic pressure generated by the dynamic
[0030]
At the end surface of the
[0031]
Therefore, by preventing deterioration of the dimensional accuracy of the
[0032]
In the present embodiment, the dynamic
[0033]
(Embodiment 4)
A hydrodynamic bearing according to a fourth embodiment of the present invention is shown in FIGS.
[0034]
4A is a cross-sectional view in the shaft direction, and FIG. 4B is an explanatory view showing the surface of the thrust plate. In FIG. 4A, a
[0035]
The dynamic pressure bearing thus configured supports a radial load with dynamic pressure generated by the dynamic
[0036]
At the end surface of the
[0037]
Accordingly, by preventing the
[0038]
In the present embodiment, the dynamic
[0039]
(Embodiment 5)
A spindle motor equipped with a hydrodynamic bearing according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 5 is a sectional view thereof.
[0040]
In FIG. 5, it has a
[0041]
Thus, when the thrust plate 4a has the
[0042]
Therefore, by preventing deterioration of the dimensional accuracy of the thrust plate 4a due to press-fitting of the thrust plate 4a into the shaft 5a, problems such as uneven rotation, shaft inclination, shaft runout due to insufficient bearing rigidity can be prevented, and the bearing portion The reliability can be improved. Moreover, the impact resistance of the bearing portion can be improved.
[0043]
(Embodiment 6)
FIG. 6 shows a spindle motor equipped with a hydrodynamic bearing according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view thereof.
[0044]
In FIG. 6, it has a
[0045]
Thus, when the thrust plate 4a has the
[0046]
Therefore, by preventing deterioration of the dimensional accuracy of the thrust plate 4a due to the press-fitting of the thrust plate 4a into the
[0047]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various application developments are possible within the scope of the present invention.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, in the hydrodynamic bearing according to the present invention, an annular groove is formed in the thrust plate, or the shaft is formed.holeOr embedding an embedding material in the annular groove, orholeBy embedding an embedding material, the following effects are obtained.
[0049]
The first is that the reliability of the bearing portion can be improved by maintaining good dimensional accuracy of the thrust plate. In other words, the thrust plate is subjected to double-side polishing and lapping at the component stage in order to obtain high accuracy, but the internal pressure generated on the press-fitting surface when the thrust plate is press-fitted into the shaftholeBy opening at, the surface of the thrust plate is prevented from being distorted and the high accuracy of the thrust plate is maintained. Therefore, it is possible to prevent problems such as shaft runout due to insufficient rigidity of the bearing portion, and to improve the reliability of the bearing portion.
[0050]
Second, it is possible to improve the vibration resistance and impact resistance of the motor. That is, an annular groove orholeBy constructing the composite material with the embedded material embedded in the motor, the external force applied to the motor can be relaxed and absorbed, and the rigidity of the thrust plate or shaft can be increased to improve vibration resistance and impact resistance. Can do.
[0051]
Therefore, by preventing the deterioration of the dimensional accuracy of the thrust plate by press-fitting the thrust plate into the shaft, it is possible to prevent problems such as uneven rotation, shaft inclination, shaft runout due to insufficient bearing rigidity, and reliability of the bearing portion. It is possible to improve the performance. Further, by having an embedded material in the annular groove or hole, the vibration resistance and impact resistance of the bearing portion can be improved.
[0052]
In addition, since such a hydrodynamic bearing is installed, it is possible to prevent problems such as rotation unevenness, insufficient flying height, shaft tilt, shaft runout, etc., and it has excellent vibration resistance, impact resistance and long life. A spindle motor can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) A sectional view in the shaft direction of a hydrodynamic bearing according to the present invention.
(B) Explanatory drawing showing the surface of the thrust plate
FIG. 2 (a) A sectional view in the shaft direction of a hydrodynamic bearing according to the present invention.
(B) Explanatory drawing showing the surface of the thrust plate
FIG. 3 (a) A sectional view in the shaft direction of a hydrodynamic bearing according to the present invention.
(B) Explanatory drawing showing the surface of the thrust plate
4A is a sectional view in the shaft direction of a hydrodynamic bearing according to the present invention. FIG.
(B) Explanatory drawing showing the surface of the thrust plate
FIG. 5 is a sectional view of a spindle motor equipped with a hydrodynamic bearing according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a spindle motor equipped with a hydrodynamic bearing according to the present invention.
7A is a cross-sectional view of a conventional dynamic pressure bearing in the shaft direction. FIG.
(B) Explanatory drawing showing the surface of the thrust plate
FIG. 8 is a cross-sectional view of a spindle motor equipped with a conventional hydrodynamic bearing.
[Explanation of symbols]
1 annular groove
2 holes
3 Embedding materials
4a, 4b, 4c, 4d Thrust plate
5a, 5b, 5c, 5d shaft
6a, 6b sleeve
7a, 7b Thrust cover
8a, 8b Dynamic pressure generating groove
9 Stator core
10 Rotor magnet
11 Hub
12 Bracket
13 annular recess
L1 Dimension from shaft end surface to thrust plate press-fitting surface
L2 holeDepth dimension
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