JPH1127895A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非回転同期成分の振れが小さく、倒置状態で
も使用でき、しかも耐衝撃性に優れたスピンドルモータ
を得ることを目的としている。 【解決手段】 軸部材に設けた円筒状のラジアル受面と
軸受部材に設けたラジアル軸受面とはラジアル動圧軸受
のラジアル軸受隙間を介して対向し、軸部材に設けたス
ラスト受面と軸受部材に設けたスラスト軸受面とが対向
してスラスト軸受を構成し、軸部材及び軸受部材のいず
れか一方に固定したロータは他方に固定したステータに
対向するスピンドルモータにおいて、軸部材がラジアル
受面より半径方向外方に位置するフランジを有し、フラ
ンジのスラスト軸受より遠い側の端面は軸受部材と軸方
向隙間を介して対向し、フランジの外径面と軸受部材と
の間の半径方向隙間はラジアル軸受隙間より大きいと共
に０．５ｍｍ以下であり、スラスト軸受には軸部材及び
軸受部材のいずれか一方とロータとを備えた回転部材の
自重以上であって３０Ｎ以下の軸方向の磁気吸引力によ
ってアキシアル荷重が付与されたものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器、映像機
器用スピンドルモータ、とくに磁気ディスク装置や光デ
ィスク装置等のディスク駆動装置に最適なスピンドルモ
ータに関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ディスク用スピンドルモータは、図
４のような構造となっている。すなわち、ディスクを搭
載可能なハブ４２が２個の玉軸受４３を介して、回転自
在に軸４１に支持され、また軸４１の下端部は基台４７
に固定されている。ハブ４２及びハブ４２に搭載された
ディスク（図示せず）は、基台４７とハブ４２との間に
介挿されたモータＭ２により回転駆動される。モータＭ
２はハブ４２に固定したロータ４０と基台４７に固定し
たステータ４５とを有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気ディスク装置で
は、高密度記録が進展しており、そこに使用されるスピ
ンドルモータには非回転同期成分の振れが小さいことが
求められている。

【０００４】従来のスピンドルモータには、図４に示し
たような玉軸受４３が用いられてきた。玉軸受４３は、
非回転同期成分の振れが小さいことが要求される。しか
し、玉軸受４３は玉通過振動や、軸受部品の形状誤差に
起因する振動を有しており、加工精度を向上させても非
回転同期成分の振れを所定値以下にすることは困難であ
る。

【０００５】一方、玉軸受４３の替わりに非回転同期成
分の振れが小さい動圧軸受をラジアル軸受、スラスト軸
受の両方に使用した図５のような構造のスピンドルモー
タが検討されている。この例では、基台５７に嵌合され
たスリーブ５６の円筒状孔の内径面に設けたラジアル軸
受面５６ａと、軸５１の外径面とでラジアル動圧軸受を
構成し、軸５１の下端面５１ａとスラスト受け５８の上
面５８ａでスラスト動圧軸受を構成してスラスト荷重を
支持している。

【０００６】また、回転するハブ５２の内径面に固定し
たロータ５０と基台５７に固定したステータ５５とが半
径方向に対向してモータＭ２を構成し、ハブ５２を駆動
させている。なお、モータＭ２のロータ５０とステータ
５５とは軸方向にほぼ同一の位置に設けられている。

【０００７】しかしながら、このように軸受を動圧軸受
にすると、スピンドルの非回転同期成分の振れは小さく
なるが、倒置状態や外部から軸が抜ける方向に衝撃が作
用すると軸５１がスリーブ５６より抜ける欠点があっ
た。そのため、図５に示すようにハブ５２にストッパ６
０を設ける必要があったが、このような構造ではストッ
パ６０の取り付けが困難であり、また、輸送時などの衝
撃によって、ストッパ６０とストッパ６０に軸方向に対
向するスリーブのフランジ部５６ｂとがたびたび接触す
ると、摩耗粉が発生しやすいという問題があった。

【０００８】本発明は、前記のような問題に着目し、非
回転同期成分の振れが小さく、倒置状態でも使用でき、
しかも耐衝撃性に優れたスピンドルモータを提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明に係るスピンドルモータは、軸部材に設けた円
筒状のラジアル受面と軸受部材に設けたラジアル軸受面
とはラジアル軸受隙間を介して対向してラジアル動圧軸
受を構成しており、軸部材に設けたスラスト受面と軸受
部材に設けたスラスト軸受面とが対向してスラスト軸受
を構成しており、軸部材及び軸受部材のいずれか一方に
固定したロータは他方に固定したステータに対向してい
る。

【００１０】さらに本発明に係るスピンドルモータにお
いては、軸部材はラジアル受面より半径方向外方に位置
するフランジを有し、該フランジのスラスト軸受より遠
い側の端面は軸受部材と軸方向隙間を介して対向し、フ
ランジの外径面と軸受部材との間の半径方向隙間はラジ
アル軸受隙間より大きいと共に０．５ｍｍ以下であり、
スラスト軸受には軸部材及び軸受部材のうちのロータが
固定された部材とロータとを備えた回転部材の自重以上
であって３０Ｎ以下の軸方向の磁気吸引力によってアキ
シアル荷重が付与されていることを特徴としている。

【００１１】本発明によると、回転部材をラジアル動圧
軸受とスラスト軸受で支持しているので、非回転同期成
分の振れが小さい。また、アキシアル方向に所定の磁気
吸引力を作用させているので、使用姿勢に制約がない。
しかも、フランジのスラスト軸受より遠い側の端面は軸
受部材と軸方向隙間を介して対向するので、軸部材が軸
受部材より抜けるようなことはない。

【００１２】また、フランジの外径面とこれに対向する
軸受部材の内径面との間の半径方向隙間はラジアル軸受
隙間より大きいと共に０．５ｍｍ以下としているので、
軸部材が軸受部材より抜ける方向に外部衝撃が作用して
も、この隙間を通ってフランジの軸方向の一方の側から
他方の側へ潤滑流体が流動する際に隙間は潤滑流体の絞
りとして作用し、潤滑流体が流動する抵抗となるので、
軸部材が軸受部材に対して軸方向変位するのを妨げる。
その結果、数十ミリセコンド（例えば０．０５〜０．０
６秒）程度以下の短時間の衝撃であれば、軸部材は軸受
部材に対してほとんど動くことはない。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。図１は、本発
明に係るスピンドルモータの第一の実施例における概略
縦断面図を示しており、軸受部材は軸１が嵌合するスリ
ーブ６、スリーブ６の下端部外周面に嵌合して固定され
る基台７、およびスリーブ６の円筒状孔をふさいで基台
７に固定されるスラスト板８とを備えている。また、軸
部材は、軸１と軸１の一方の軸端近傍に固定した環状の
フランジ３と軸１の他方の端部に固定したハブ２とを備
えており、ハブ２にはディスク２０が搭載可能となって
いる。ハブ２にはロータ１０が固定され、このロータ１
０はハブ２に固定したバックヨーク１１とバックヨーク
１１に固定された磁石１２とを備えており、回転部材は
軸部材と軸部材に固定したロータ１０とを備えている。
なお、軸部材に固定したロータ１０は軸受部材に固定し
たステータ１５と半径方向に対向してモータＭを構成し
ている。

【００１４】軸部材に軸方向に間をへだてて二ケ所に設
けた円筒状のラジアル受面１ｂは軸受部材に設けたラジ
アル軸受面６ａとラジアル軸受隙間を介して対向してラ
ジアル動圧軸受をそれぞれ構成し、互いに対向するラジ
アル受面１ｂとラジアル軸受面６ａとの少なくとも一方
図示の実施例ではラジアル軸受面６ａにはヘリングボー
ン状の動圧発生用の溝６ｂが設けられている。軸１の軸
端に設けた平面状のスラスト受面１ａとスラスト板８に
設けたスラスト軸受面８ａとが対向してスラスト動圧軸
受を構成している。そして、互いに対向するスラスト受
面１ａとスラスト軸受面８ａとの少なくとも一方図示の
実施例ではスラスト軸受面８ａにはスパイラル状の動圧
発生用の溝８ｂが設けられている。軸１には、フランジ
３を圧入または接着で固着しており、軸部材はラジアル
受面１ｂより半径方向外方に位置するフランジ３を有し
ている。

【００１５】スラスト板８をプラスチックの射出成形で
製造すると、動圧発生用の溝８ｂが成形により加工でき
るため、製造コストを下げられる。特にＰＰＳ（ポリフ
ェニレンサルファイド樹脂）をベースに、炭素繊維とテ
フロン（登録商標：ポリテトラフルオロエチレン）を添
加したプラスチックで射出成形で製造すると、摺動性、
強度、成形性に優れ、好ましい。

【００１６】さらに、アキシアル荷重が大きい場合に
は、プラスチックのスラスト板８を補強するために鋼板
の押さえと基台７との間にスラスト板８を挟むようにし
てもよい。また、動圧発生用の溝８ｂを省略してスラス
ト受面１ａとスラスト軸受面８ａとの少なくとも一方を
凸球面として、スラスト受面１ａとスラスト軸受面８ａ
とが点接触するいわゆるピボット軸受としてもよい。

【００１７】一方、ラジアル動圧軸受には、銅系の材料
で製造されたスリーブ６を用いており、スリーブ６のラ
ジアル軸受面６ａへの動圧発生用の溝６ｂの形成を容易
にしている。スリーブ６を銅系の材料を用いて製造する
ことで、ラジアル軸受面６ａとステンレス鋼製の軸１の
ラジアル受面１ｂとの摺動性がよくなり、起動停止耐久
性に優れるようになる。なお、スリーブ６及びスラスト
板８は、基台７に直接固着されているので、組立が容易
でしかも信頼性に優れる。

【００１８】また、本実施例においてはモータＭを構成
するロータ１０の軸方向中心をステータ１５の軸方向中
心に対して軸方向にずらせることにより、ロータ１０と
ステータ１５とには軸方向の磁気吸引力が働き、スラス
ト軸受には回転部材の自重以上且つ３０Ｎ以下の軸方向
の磁気吸引力によってアキシアル荷重を作用させてい
る。なお、軸部材と軸受部材とのいずれか一方に磁石を
固定して、他方に磁石又は磁性体を固定することで、軸
部材と軸受部材とに作用される軸方向の磁気吸引力によ
ってスラスト軸受にアキシアル荷重を付与させてもよ
い。

【００１９】スラスト軸受にアキシアル荷重が付与され
る軸方向の磁気吸引力の大きさは、回転部材の自重以上
であって３０Ｎ以下であるが、より好ましくは回転部材
の自重の２倍以上、１０Ｎ以下がよい。軸方向の磁気吸
引力が回転部材の自重より小さくては、倒置姿勢で使用
すると、軸部材のスラスト受面１ａと軸受部材のスラス
ト軸受面８ａとが接触しなくなり、フランジ３とスリー
ブ６とが軸方向に接触してしまう。３０Ｎより大きくて
はスラスト軸受にかかるアキシアル荷重が大きく、起動
トルクが大きくなり、起動停止時の摩耗が問題となる。
軸方向の磁気吸引力を回転部材の自重の２倍以上にする
と、多少の外部衝撃がかかってもスラスト軸受面８ａと
スラスト受面１ａとの接触が保たれる。また１０Ｎ以下
にすると、スラスト軸受にかかるアキシアル荷重が軽減
されるので、スラスト板８のスラスト軸受面８ａにセラ
ッミク等の高価な材料を使わなくてもよくなり、コスト
を下げられる。

【００２０】フランジ３はステンレス鋼製の軸１と一体
がよい。フランジ３は、軸１と別体の場合はアルミ合
金、ステンレス鋼、プラスチックなどの材料が用いられ
るが、線膨張係数が軸１と同一の材料の方が、温度変化
時にゆるまないので望ましい。なお、フランジ３を軸１
と同一のステンレス鋼にすると、軸受部材の銅系のスリ
ーブ６との摺動性がよいので望ましい。また、円盤状の
フランジを軸１の端面にネジ止めなどで取り付けてもよ
い。この場合は、円盤状のフランジの下端面がスラスト
軸受のスラスト受面となる。

【００２１】またハブ２の軸受部材への対向面には、内
径面と底面即ち上面との境界部に内側の周溝２ａを設け
ている。この内側の周溝２ａにより、万が一軸１の外周
面から回転によりラジアル軸受隙間内の潤滑流体が飛散
しても、潤滑流体の表面張力によってこの内側の周溝２
ａで捕捉されるので、ディスク２０面にまで潤滑流体の
潤滑油が飛散することを防止できる。

【００２２】図２は、軸端部のフランジ３周辺の拡大図
である。フランジの外径面３ａと、これを収納するため
に軸受部材に設けられた内周溝の内径面６ｄとの間の半
径方向隙間Ｒをラジアル軸受面６ａとラジアル受面１ｂ
との間のラジアル軸受隙間ｒより大きくし、且つ０．５
ｍｍ以下にしている。なお、半径方向隙間Ｒが０．５ｍ
ｍより大きいと、潤滑流体が隙間Ｒを流動する抵抗が低
く、また半径方向隙間Ｒがラジアル軸受隙間の値以下の
場合はフランジの外径面３ａと軸受部材とが接する可能
性がある。

【００２３】ｒ＜Ｒ≦０．５ｍｍのため軸部材が軸受部
材より抜ける方向に外部衝撃が作用しても、この半径方
向隙間Ｒが油、グリース等の潤滑流体の絞りとして作用
し、隙間Ｒを流動する潤滑流体の流動抵抗となるので、
軸部材が軸受部材より抜ける方向に動くのを妨げる。そ
の結果、数十ミリセコンド程度以下の短時間の衝撃であ
れば、軸部材は軸受部材に対してほとんど動くことはな
い。なお、量産性及び加工コスト上実用性のある公差と
しては、フランジの外径面３ａとラジアル受面１ｂとの
同軸度は０．００５ｍｍであり、ラジアル軸受面６ａと
内周溝の内径面６ｄとの同軸度は０．００５ｍｍであ
り、フランジの外径面３ａの外径寸法公差は０．０１ｍ
ｍであり、内周溝の内径面６ｄの内径寸法公差は０．０
１ｍｍである。従って、これらの累積公差を考慮する
と、フランジの外径面３ａと軸受部材との接触防止のた
めには半径方向隙間Ｒは０．０３ｍｍより大きいことが
好ましい。また、軸受性能上潤滑流体の粘度をあまり高
くすることは良くないので、潤滑流体の流動抵抗を得る
ためには、半径方向隙間Ｒの値は０．２ｍｍ以下が好ま
しい。

【００２４】また、フランジのスラスト軸受より遠い側
の端面３ｂは軸受部材のスリーブ６の対向する下面６ｃ
と軸方向隙間ｈを介して対向し、この軸方向隙間ｈを
０．０１ｍｍ以上且つ０．５ｍｍ以下に設定しているの
で、非常に大きな外部衝撃によって万が一軸部材が軸受
部材より抜ける方向に動いても、０．５ｍｍ以上動くこ
とはない。なお、ハブ２に取り付ける磁気ディスクに対
向するヘッドの損傷の防止を考慮した場合は、軸方向隙
間ｈは、０．１ｍｍ以下が好ましい。

【００２５】さらに、フランジの上側端面３ｂに動圧発
生用の溝を加工し、フランジの上側端面３ｂとスリーブ
の対向する下面６ｃとがスラスト動圧軸受を構成するこ
ともできる。この場合は、非常に大きな衝撃によって軸
部材が軸受部材に対して軸方向に動いた場合でも、この
衝撃をスラスト動圧軸受が支持するようになりフランジ
３と軸受部材の接触を防止できる。

【００２６】図３に第二の実施例を示す。なお、第一の
実施例と同一の機能を有する構成要素については同一の
参照符号を用いる。本実施例においては、基台７にはロ
ータ１０と軸方向に対向する位置に吸引用の磁性体の環
状板１６を固定し、軸方向隙間を介して対向するロータ
１０と環状板１６との間に軸方向の磁気吸引力を与えて
いる。この磁気吸引力はスラスト軸受にアキシアル荷重
を付与する。

【００２７】ロータ１０の着磁パターンは、一般のモー
タ用の着磁パターンのままでよい。しかし、一般のモー
タ用のロータの磁石１２の下端面に吸引用の着磁パター
ンを付加すると、ロータ磁石１２と環状板１６との間に
軸方向の磁気吸引力が生ずる。この場合は、ロータの磁
石１２の下端面は外周部と内周部とのいずれか一方がＮ
極で他方がＳ極であると、磁性体の環状板１６に発生す
る渦電流を少なくすることができ、モータＭの損失を少
なくすることができるのでより好ましい。

【００２８】なお、上記の第一及び第二の実施例では、
スラスト軸受とラジアル動圧軸受との間は軸受部材の内
面と外面とを連通する空気抜き穴を有しないので、軸受
部材と軸部材の間の隙間が密閉状態となり潤滑流体の保
持性に優れているので、長期間の使用に対しても信頼性
が向上するので好ましい。本実施例は、軸部材が回転す
る場合について述べているが、軸部材にステータが固定
されて軸受部材にステータに対向するロータが固定され
て軸受部材とロータとを備えた回転部材が回転する構造
でもよい。モータについては、ロータ１０とステータ１
５との周面対向モータではなく平面対向モータを用いて
もよく、スラスト軸受は、スラスト受面１ａに動圧発生
用の溝を設けてもよい。

【００２９】また、スラスト板８の基台７またはスリー
ブ６への固定は、ねじ止めの代わりに基台７またはスリ
ーブ６にかしめた後、潤滑流体のもれを防ぐために接着
してもよい。また、軸部材と軸受部材との間に画成され
る隙間に用いる潤滑流体としては、温度粘度特性に優れ
た、すなわち温度変化に対して粘度変化の小さいフッ素
油例えば高粘度指数のフッ素油が好ましい。特に摺動性
と潤滑流体の保持性を改良するために、末端にカルボン
酸を有するパーフルオロアルキルポリエーテルを添加し
たフッ素油が好ましい。

【００３０】

【発明の効果】本発明によると、回転部材をラジアル動
圧軸受とスラスト軸受で支持しているので、非回転同期
成分の振れが小さいスピンドルモータが得られる。ま
た、本発明によるスピンドルモータは、アキシアル方向
に所定の磁気吸引力を作用させているので使用姿勢の制
約がない。さらに軸部材にフランジを設けることで軸受
部材の軸部材に対する軸方向変位を少なくし、またフラ
ンジと軸受部材との間の半径方向隙間の潤滑流体の流動
抵抗を増加させているので耐衝撃性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係るスピンドルモータ
の概略縦断面図である。

【図２】図一に示すスピンドルモータの軸端部周辺の拡
大図である。

【図３】本発明の第二の実施例に係るスピンドルモータ
の概略縦断面図である。

【図４】従来技術による玉軸受を用いたスピンドルモー
タの概略縦断面図である。

【図５】従来技術による動圧軸受を用いたスピンドルモ
ータの概略縦断面図である。

【符号の説明】

１ 、４１、５１ 軸 １ａ、５１ａ スラスト受面 １ｂ ラジアル受面 ２ 、４２、５２ ハブ ２ａ 内側の周溝 ３ フランジ ３ａ フランジの外径面 ３ｂ フランジの端面 ６ 、５６ スリーブ ６ａ、５６ａ ラジアル軸受面 ６ｄ 内周溝の内径面 ５６ｂ フランジ部 ６ｃ 下面 ７、４７、５７ 基台 ８ スラスト板 ８ａ スラスト軸受面 １０、５０ ロータ １１ バックヨーク １２ 磁石 １５、５５ ステータ １６ 環状板 ２０ ディスク ４３ 玉軸受 ６０ ストッパ Ｍ 、Ｍ２ モータ ｈ 軸方向隙間 Ｒ 半径方向隙間 ｒ ラジアル軸受隙間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部材に設けた円筒状のラジアル受面と
   軸受部材に設けたラジアル軸受面とはラジアル軸受隙間
   を介して対向してラジアル動圧軸受を構成しており、前
   記軸部材に設けたスラスト受面と前記軸受部材に設けた
   スラスト軸受面とが対向してスラスト軸受を構成してお
   り、前記軸部材及び前記軸受部材のいずれか一方に固定
   したロータは他方に固定したステータに対向しているス
   ピンドルモータにおいて、 前記軸部材はラジアル受面より半径方向外方に位置する
   フランジを有し、該フランジの前記スラスト軸受より遠
   い側の端面は前記軸受部材と軸方向隙間を介して対向
   し、前記フランジの外径面と前記軸受部材との間の半径
   方向隙間は前記ラジアル軸受隙間より大きいと共に０．
   ５ｍｍ以下であり、前記スラスト軸受には前記軸部材及
   び前記軸受部材のうちの前記ロータが固定された部材と
   前記ロータとを備えた回転部材の自重以上であって３０
   Ｎ以下の軸方向の磁気吸引力によってアキシアル荷重が
   付与されていることを特徴とするスピンドルモータ。