(57)【要約】【課題】シャフトとスラストプレートとの摩擦によるトルクの損失を抑えることができ、かつ、荷重や衝撃によるスラストプレートの変形を防止することができる軸受装置、スピンドルモータ、及びディスク駆動装置を提供する。【解決手段】中心軸に沿って配置され、その一方の端部に曲面状の凸部を有するシャフトと、前記シャフトの外周面に対向する内周面を有する略円筒形状のスリーブと、前記シャフトの前記凸部に当接する曲面状の凹部を有するスラストプレートと、を備え、前記シャフトは、前記スリーブ及び前記スラストプレートに対し、前記中心軸を中心として相対回転可能な状態で支持されており、前記凹部の曲率半径（Ｒ１）は、前記凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きく（Ｒ１＞Ｒ２）、かつ、前記凸部の曲率半径の２．０倍以下である軸受装置である。【選択図】図４
2010138992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って配置され、その一方の端部に曲面状の凸部を有するシャフトと、
前記シャフトの外周面に対向する内周面を有する略円筒形状のスリーブと、
前記シャフトの前記凸部に当接する曲面状の凹部を有するスラストプレートと、
を備え、
前記シャフトは、前記スリーブ及び前記スラストプレートに対し、前記中心軸を中心として相対回転可能な状態で支持されており、
前記凹部の曲率半径（Ｒ１）は、前記凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きく（Ｒ１＞Ｒ２）、かつ、前記凸部の曲率半径の２．０倍以下である軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受装置において、
前記凹部の曲率半径は、前記凸部の曲率半径の１．１倍以上である軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の軸受装置において、
前記凸部の曲率半径は、１０ｍｍ以上である軸受装置。
【請求項４】
中心軸に沿って配置され、その一方の端部に曲面状の凸部を有するシャフトと、
前記シャフトの外周面に対向する内周面を有する略円筒形状のスリーブと、
前記シャフトの前記凸部に当接する曲面状の凹部を有するスラストプレートと、
を備え、
前記シャフトは、前記スリーブ及び前記スラストプレートに対し、前記中心軸を中心として相対回転可能な状態で支持されており、
前記凹部の曲率半径（Ｒ１）は、前記凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きく（Ｒ１＞Ｒ２）、かつ、
前記シャフトに前記スラストプレート側への荷重をかけたときに、前記スラストプレートの塑性を損なうことなく、前記シャフトの前記凸部と前記スラストプレートの前記凹部とのいずれか一方の全面が他方の面に接触する軸受装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の軸受装置において、
前記凹部の周縁部の径は、前記凸部の周縁部の径よりも小さい軸受装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の軸受装置において、
前記スラストプレートは、樹脂により形成されている軸受装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載の軸受装置において、
前記スラストプレートは、８ＧＰａ以上かつ３０ＧＰａ以下の曲げ弾性率を有する材料により形成されている軸受装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載の軸受装置において、
前記凸部は球面状の凸部であり、前記凹部は球面状の凹部である軸受装置。
【請求項９】
静止部と、
ディスクを装着する装着部を有し、請求項１から請求項８までのいずれかに記載の軸受装置を介して前記静止部に対して回転自在に支持される回転部と、
前記静止部と前記回転部との間に前記中心軸を中心とするトルクを発生させるトルク発生部と、
を備えたスピンドルモータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のスピンドルモータにおいて、
前記ディスクは磁気ディスクであるスピンドルモータ。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載のスピンドルモータと、
前記スピンドルモータの前記回転部に装着された前記ディスクに対し、情報の読み出しおよび書き込みの一方又は両方を行うアクセス部と、
前記スピンドルモータおよび前記アクセス部を収容するハウジングと、
を備えたディスク駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受装置、当該軸受装置を備えるスピンドルモータ、及び当該スピンドルモータを備えるディスク駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置や光ディスク装置には、ディスクをその中心軸を中心として回転させるためのスピンドルモータが搭載されている。スピンドルモータは、装置のハウジングに固定される静止部と、ディスクを装着して回転する回転部とを有する。スピンドルモータは、静止部と回転部との間に発生する磁束により中心軸を中心としたトルクを発生させ、これにより、静止部に対して回転部を回転させる。
【０００３】
スピンドルモータの静止部と回転部とは、軸受装置を介して接続されている。従来の軸受装置として、例えば、シャフトの外周面を包囲する略円筒形状のスリーブと、シャフトの下端部に当接する略円板形状のスラストプレートと、を有するものが知られている。このような軸受装置では、シャフトは、その下端部をスラストプレートの上面に当接させた状態で軸方向に支持され、スリーブの内側において中心軸を中心として回転する。
【０００４】
スリーブ及びスラストプレートを有する従来の軸受装置や、当該軸受装置を備えたスピンドルモータについては、例えば、特開平１０−２９９７６３号公報や、特開２００２−１３０２５７号公報に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２９９７６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１３０２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャフトの下端部をスラストプレートの上面に当接させてシャフトを支持するタイプの軸受装置は、部品点数が比較的少なく、コストを抑えることができるというメリットがある。しかしながら、このような軸受装置では、回転時に、シャフトの下端部とスラストプレートの上面との間に摩擦が生じ、摩擦によるトルクの損失が発生するという問題があった。また、シャフトにスラストプレート側への荷重や衝撃が加わったときに、スラストプレートに変形などが生じる虞もあった。
【０００６】
特に、ハードディスク用のスピンドルモータは、耐久性、信頼性、低騒音性、省電力性、回転精度等において高い性能が要求される。これらの要求を満足させるためには、スピンドルモータに使用される軸受装置において、摩擦損失を低減させるとともに、耐荷重性能及び耐衝撃性能を向上させることが望ましい。
【０００７】
本発明は、シャフトとスラストプレートとの摩擦によるトルクの損失を抑えることができ、かつ、荷重や衝撃によるスラストプレートの変形を防止することができる軸受装置、スピンドルモータ、及びディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、軸受装置であって、中心軸に沿って配置され、その一方の端部に曲面状の凸部を有するシャフトと、前記シャフトの外周面に対向する内周面を有する略円筒形状のスリーブと、前記シャフトの前記凸部に当接する曲面状の凹部を有するスラストプレートと、を備え、前記シャフトは、前記スリーブ及び前記スラストプレートに対し、前記中心軸を中心として相対回転可能な状態で支持されており、前記凹部の曲率半径（Ｒ１）は、前記凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きく（Ｒ１＞Ｒ２）、かつ、前記凸部の曲率半径の２．０倍以下である。
【０００９】
本願の第２発明は、軸受装置であって、中心軸に沿って配置され、その一方の端部に曲面状の凸部を有するシャフトと、前記シャフトの外周面に対向する内周面を有する略円筒形状のスリーブと、前記シャフトの前記凸部に当接する曲面状の凹部を有するスラストプレートと、を備え、前記シャフトは、前記スリーブ及び前記スラストプレートに対し、前記中心軸を中心として相対回転可能な状態で支持されており、前記凹部の曲率半径（Ｒ１）は、前記凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きく（Ｒ１＞Ｒ２）、かつ、前記シャフトに前記スラストプレート側への荷重をかけたときに、前記スラストプレートの塑性を損なうことなく、前記シャフトの前記凸部と前記スラストプレートの前記凹部とのいずれか一方の全面が他方の面に接触する。
【００１０】
本願の第３発明は、スピンドルモータであって、静止部と、ディスクを装着する装着部を有し、本願の第１発明または第２発明の軸受装置を介して前記静止部に対して回転自在に支持される回転部と、前記静止部と前記回転部との間に前記中心軸を中心とするトルクを発生させるトルク発生部と、を備える。
【００１１】
本願の第４発明は、ディスク駆動装置であって、本願の第３発明のスピンドルモータと、前記スピンドルモータの前記回転部に装着された前記ディスクに対し、情報の読み出しおよび書き込みの一方又は両方を行うアクセス部と、前記スピンドルモータおよび前記アクセス部を収容するハウジングと、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本願の第１発明によれば、スラストプレートの凹部の曲率半径（Ｒ１）は、シャフトの凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。このため、シャフトとスラストプレートとの接触面積を小さくして摩擦によるトルクの損失を抑え、シャフトを滑らかに相対回転させることができる。また、同発明によれば、スラストプレートの凹部の曲率は、シャフトの凸部の曲率半径の２．０倍以下である。このため、シャフトにスラストプレート側への荷重や衝撃が加わったときに、凹部が塑性変形してしまう前に、凹部の表面全体でシャフトを支持することができる。これにより、スラストプレートの変形を防止することができる。
【００１３】
また、第２発明によれば、スラストプレートの凹部の曲率半径（Ｒ１）は、シャフトの凸部の曲率半径（Ｒ２）よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。このため、シャフトとスラストプレートとの接触面積を小さくして摩擦によるトルクの損失を抑え、シャフトを滑らかに相対回転させることができる。また、同発明によれば、シャフトにスラストプレート側への荷重をかけたときに、スラストプレートの塑性を損なうことなく、シャフトの凸部とスラストプレートの凹部とのいずれか一方の全面が他方の面に接触する。このため、シャフトにスラストプレート側への荷重や衝撃が加わったときに、その荷重や衝撃を接触面の全体で支持することができ、これにより、スラストプレートの変形を防止することができる。
【００１４】
特に、本願の第３発明によれば、スピンドルモータにおいて、回転部を滑らかに回転させることができるとともに、その内部に配置されたスラストプレートの変形を防止することができる。
【００１５】
特に、本願の第４発明によれば、ディスク駆動装置において、ディスクを滑らかに回転させることができるとともに、その内部に配置されたスラストプレートの変形を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、中心軸Ａに沿った方向を上下方向とし、相対的に回転部４側を「上」、静止部３側を「下」として、各部材の形状や位置関係を説明する。但し、これは、あくまで説明の便宜のために上下方向を定義したものであって、本発明の軸受装置、スピンドルモータ、及びディスク駆動装置が実際の機器に搭載されたときの設置姿勢を限定するものではない。
【００１７】
＜１．ディスク駆動装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るディスク駆動装置２の縦断面図である。ディスク駆動装置２は、磁気ディスク２２を回転させつつ、磁気ディスク２２からの情報の読み出しおよび磁気ディスク２２への情報の書き込みを行うハードディスク装置である。図１に示したように、ディスク駆動装置２は、主として、装置ハウジング２１、磁気ディスク（以下、単に「ディスク」という）２２、アクセス部２３、およびスピンドルモータ１を備えている。磁気ディスク２２、アクセス部２３、およびスピンドルモータ１は、装置ハウジング２１の内部に収容されている。また、アクセス部２３は、スピンドルモータ１に装着されたディスク２２に対し、情報の読み出し及び書き込みの一方又は両方を行う。
【００１８】
＜２．スピンドルモータの構成＞
続いて、上記のスピンドルモータ１の詳細な構成について説明する。図２は、スピンドルモータ１の縦断面図である。図２に示したように、スピンドルモータ１は、ディスク駆動装置２の装置ハウジング２１に固定される静止部３と、ディスク２２を装着して中心軸Ａを中心として回転する回転部４とを備えている。
【００１９】
まず、静止部３の構成について説明する。静止部３は、主として、ベース部材３１、ステータコア３２、コイル３３、及び静止軸受ユニット３４を有している。
【００２０】
ベース部材３１は、アルミニウム合金等の金属材料により形成され、ディスク駆動装置２の装置ハウジング２１にねじ止め固定されている。ベース部材３１には、中心軸Ａの周囲において軸方向（中心軸Ａに沿った方向。以下同じ。）に突出した略円筒形状のホルダ部３１１が形成されている。ホルダ部３１１の径方向（中心軸Ａに直交する方向。以下同じ。）の内側には、静止軸受ユニット３４を挿入するための貫通孔が形成されている。また、ホルダ部３１１の径方向の外側の面は、ステータコア３２を嵌着させる取り付け面となっている。
【００２１】
なお、本実施形態では、ベース部材３１と装置ハウジング２１とが別体となっているが、ベース部材３１と装置ハウジング２１とが単一の部材により構成されていてもよい。
【００２２】
ステータコア３２およびコイル３３は、駆動電流に応じて磁束を発生させる磁束発生部として機能する。ステータコア３２は、ベース部材３１のホルダ部３１１の外周面に嵌着された円環状のコアバック３２１と、コアバック３２１から径方向の外側に向けて突出した複数本のティース部３２２とを有している。ステータコア３２は、例えば、電磁鋼板を軸方向に積層させた積層鋼板に、打抜き加工を行うことにより得られる。
【００２３】
コイル３３は、ステータコア３２の各ティース部３２２の周囲に巻回された導線により構成されている。コイル３３は、コネクタを介して図外の電源装置と接続されている。電源装置からコネクタを介してコイル３３に駆動電流を与えると、ティース部３２２には径方向の磁束が発生する。ティース部３２２に発生した磁束は、後述するロータマグネット４３の磁束と互いに作用し、中心軸Ａを中心として回転部４を回転させるためのトルクを発生させる。
【００２４】
静止軸受ユニット３４は、回転部４側のシャフト４１を相対的に回転可能な状態で支持するための機構である。静止軸受ユニット３４及びシャフト４１は、静止部３と回転部４とを中心軸Ａを中心として相対的に回転可能な状態で接続する流体動圧軸受装置５を構成する。
【００２５】
図３は、流体動圧軸受装置５の拡大縦断面図である。図３に示したように、静止軸受ユニット３４は、主として、スリーブ３４１、スラストプレート３４２、マグネットプレート３４３、シールキャップ３４４、および軸受ハウジング３４５を備えている。
【００２６】
スリーブ３４１は、シャフト４１の外周面に対向する内周面を有する略円筒形状の部材である。スリーブ３４１は、軸受ハウジング３４５の内周面に接着剤を介して固定されている。スリーブ３４１は、径方向内側に配置されたシャフト４１を支持してシャフト４１の径方向の移動を規制しつつ、シャフト４１の中心軸Ａを中心とした回転を許容するラジアル軸受部として機能する。スリーブ３４１の内周面とシャフト４１の外周面とは微小な（例えば、数μｍ程度の）隙間を介して対向し、その隙間には、後述する潤滑オイル５１が充填されている。
【００２７】
スリーブ３４１は、金属粉末を加熱しつつ結合固化させることにより得られた焼結体により構成されている。焼結体は、微視的に見ると多数の空洞を有する多孔質体となっている。このため、スリーブ３４１の表面には潤滑オイル５１の一部が含浸され、これにより、シャフト４１はスリーブ３４１に対して滑らかに回転することができる。
【００２８】
スラストプレート３４２は、シャフト４１の下方に配置された略円板形状の部材である。スラストプレート３４２は、その上面をシャフト４１の下端部に当接させることによりシャフト４１を軸方向に支持しつつ、シャフト４１の中心軸Ａを中心とした回転を許容する、いわゆるピボット式のスラスト軸受部として機能する。
【００２９】
スラストプレート３４２の上面の中央部分には、球面状の凹部３４２ａが形成されている。凹部３４２ａの曲率半径Ｒ１（図４参照）は、シャフト４１の下端部に形成された凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２（図４参照）より大きく設定されている。このため、シャフト４１の凸部４１ｃとスラストプレート３４２の凹部３４２ａとは点または面で接触し、シャフト４１は、スラストプレート３４２に対して微少な回転抵抗で回転することができる。また、スラストプレート３４２の凹部３４２ａは、シャフト４１からスラストプレート３４２への圧力を分散させ、スラストプレート３４２の変形やスラストプレート３４２の上面の摩耗を抑制する役割も果たす。
【００３０】
本実施形態のスラストプレート３４２は、樹脂により形成されている。このため、金属等の他の材料を使用した場合に比べて、スラストプレート３４２は高い弾性を有する。従って、シャフト４１にスラストプレート３４２側への荷重や衝撃が加わったときには、凹部３４２ａが撓むことにより、シャフト４１とスラストプレート３４２との接触面積が増加する。これにより、シャフト４１からスラストプレート３４２への圧力は、良好に分散される。
【００３１】
スラストプレート３４２は、例えば、ポリアセタールやナイロン等の熱可塑性樹脂により形成することができる。熱可塑性樹脂としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等を使用することも可能である。また、２種類以上の熱可塑性樹脂を混合させた材料を使用することも可能である。
【００３２】
また、スラストプレート３４２は、必ずしも熱可塑性樹脂のみにより形成されたものである必要はなく、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との混合物や、耐摩耗性を向上させるためのフィラを混入させたものであってもよい。熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂を使用することが可能である。また、フィラとしては、例えば、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボン粉末、グラファイト、グラスファイバー、チタン酸カリウム等を使用することが可能である。フィラは、樹脂材料中に例えば２０〜４０％程度混入させればよい。
【００３３】
マグネットプレート３４３は、スラストプレート３４２と軸受ハウジング３４５の底面との間に配置された、略円板形状の部材である。マグネットプレート３４３の上面は、磁性を帯びた磁極面となっている。マグネットプレート３４３は、磁性体により形成されたシャフト４１との間に磁気的な吸引力を発生させ、シャフト４１をスラストプレート３４２側に引き付けることにより、シャフト４１を含む回転部４の回転姿勢を安定させる役割を果たす。
【００３４】
シールキャップ３４４は、スリーブ３４１の上側に配置された円環状の部材である。シールキャップ３４４の内周面は、上方に向かうにつれて内径が増大する傾斜面となっている。このため、シールキャップ３４４の内周面とシャフト４１の外周面との間に形成される潤滑オイル５１の界面は、表面張力によりメニスカス状となり、これにより潤滑オイル５１が静止軸受ユニット３４の外部へ漏れ出すことが防止される。すなわち、シールキャップ３４４とシャフト４１との間には、潤滑オイル５１のテーパシールが形成されている。
【００３５】
シールキャップ３４４は、その下面をスリーブ３４１の上面に接触させた状態で、軸受ハウジング３４５の内周面に接着剤を介して固定されている。シールキャップ３４４は、例えば、ステンレス、アルミニウム合金等の金属や、あるいは、樹脂により形成されている。なお、本実施形態では、シールキャップ３４４がスリーブ３４１とは別体となっているが、シールキャップ３４４とスリーブ３４１とが単一の部材により構成されていてもよい。
【００３６】
軸受ハウジング３４５は、上部側に開口を有し下部側が閉塞された、有底略円筒形状の部材である。軸受ハウジング３４５は、ベース部材３１のホルダ部３１１の内側に、圧入、焼きばめ、あるいは接着により固定されている。また、上記のスリーブ３４１、スラストプレート３４２、マグネットプレート３４３、及びシールキャップ３４４は、軸受ハウジング３４５の内部に収容されている。
【００３７】
軸受ハウジング３４５は、例えば、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ）の表面に亜鉛鍍金を施した亜鉛鍍金鋼板（ＳＥＣＥ）を、有底略円筒状にプレス成型することにより得られる。
【００３８】
また、軸受ハウジング３４５の内部には、潤滑オイル５１が充填されている。潤滑オイル５１は、スリーブ３４１の内周面とシャフト４１の外周面との間だけではなく、後述する鍔部材４１１の上面とスリーブ３４１の下面との間や、鍔部材４１１の下面とスラストプレート３４２の上面との間にも、連続的に充填されている。潤滑オイル５１としては、例えば、ポリオールエステル系オイルやジエステル系オイル等のエステルを主成分とするオイルが使用される。エステルを主成分とするオイルは、耐摩耗性、熱安定性、および流動性に優れているため、流体動圧軸受装置５の潤滑オイル５１として好適である。
【００３９】
続いて、スピンドルモータ１の回転部４の構成について説明する。回転部４は、主として、シャフト４１、ハブ４２、およびロータマグネット４３を有している。
【００４０】
シャフト４１は、中心軸Ａに沿って上下方向に配置された略円柱形状の部材である。シャフト４１は、スリーブ３４１の内側（軸受孔）に挿入された状態で、静止軸受ユニット３４に対して回転可能に支持されている。本実施形態のシャフト４１は、磁性を有するステンレスにより形成されており、マグネットプレート３４３からの磁力によってスラストプレート３４２側に引き付けられている。
【００４１】
シャフト４１の外周面には、シャフト４１の外周面とスリーブ３４１の内周面との間に介在する潤滑オイル５１に流体動圧を発生させるためのラジアル動圧溝列４１ａ，４１ｂが形成されている。図２及び図３に示したように、ラジアル動圧溝列４１ａとラジアル動圧溝列４１ｂとは上下に配置され、それぞれ、複数の鉤形の溝を周方向に配列したいわゆる「ヘリングボーン」状の溝列となっている。シャフト４１が回転するときには、ラジアル動圧溝列４１ａ，４１ｂにより潤滑オイル５１が加圧され、潤滑オイル５１に発生する流体動圧によりシャフト４１が径方向に支持されつつ回転する。なお、ラジアル動圧溝列４１ａは、シャフト４１の外周面とスリーブ３４１の内周面とのいずれか一方に形成されていればよい。
【００４２】
また、シャフト４１の下端部付近には、静止軸受ユニット３４からシャフト４１が抜け出すことを防止するための鍔部材４１１が固定されている。鍔部材４１１は、シャフト４１の外周面から径方向に突出する突出部を形成し、鍔部材４１１の上面は、スリーブ３４１の下面と軸方向に対向する。シャフト４１に上方へ向かう力が作用したときには、スリーブ３４１の下面に鍔部材４１１の上面が当接し（あるいは、スリーブ３４１の下面と鍔部材４１１の上面との間に介在する潤滑オイル５１により鍔部材４１１の上方へ向かう力が減衰され）、これにより静止軸受ユニット３４とシャフト４１とが分離することが防止される。なお、シャフト４１および鍔部材４１１は、単一の部材により形成されていてもよい。
【００４３】
シャフト４１の下端部には、球面状の凸部４１ｃが形成されている。シャフト４１の凸部４１ｃは、スラストプレート３４２の凹部３４２ａに当接し、これにより、シャフト４１は軸方向に支持されている。なお、シャフト４１とスラストプレート３４２との当接箇所付近の詳細な構成については、後述する。
【００４４】
図２に戻る。ハブ４２は、シャフト４１に固定されてシャフト４１とともに回転する部材である。ハブ４２は、中心軸Ａの周囲において径方向外側に広がる形状を有している。より詳述すると、ハブ４２は、シャフト４１の上端部に圧入又は焼き嵌めにより接合される接合部４２１と、接合部４２１から径方向外側および下方へ向けて広がる胴部４２２と、胴部４２２の外周縁から垂下する円筒部４２３とを有している。ハブ４２は、このような形状により、ステータコア３２、コイル３３、および静止軸受ユニット３４の上方を覆う。
【００４５】
ハブ４２の胴部４２２には、ディスク２２を支持するための第１支持面４２２ａおよび第２支持面４２２ｂが形成されている。第１支持面４２２ａは、中心軸Ａに対して垂直に形成された平面であり、第２支持面４２２ｂは、第１支持面４２２ａの径方向内側において中心軸Ａに対して平行に形成された円筒面である。ハブ４２上にディスク２２が装着されたときには、第１支持面４２２ａにディスク２２の下面が接触するとともに第２支持面４２２ｂにディスク２２の内周縁が接触し、これによりディスク２２の軸方向及び径方向の移動が規制される。
【００４６】
ハブ４２は、例えば、アルミニウム合金、磁性ステンレス（ＳＵＳ）、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＰＣＤ，ＳＰＣＥ）等の金属により形成される。
【００４７】
ロータマグネット４３は、ハブ４２の円筒部４２３の内周面に、バックヨーク４３１を介して取り付けられている。ロータマグネット４３は、中心軸Ａを中心とした円環形状をなしており、その内周面は、ステータコア３２の複数のティース部３２２の外周面と径方向に対向する。また、ロータマグネット４３の内周面は、Ｎ極とＳ極とが交互に配列された磁極面となっている。
【００４８】
このようなスピンドルモータ１において、静止部３のコイル３３に駆動電流を与えると、ステータコア３２の複数のティース部３２２に径方向の磁束が発生する。そして、ティース部３２２とロータマグネット４３との間の磁束の作用により周方向のトルクが発生し、静止部３に対して回転部４が中心軸Ａを中心として回転する。ハブ４２に装着されたディスク２２は、シャフト４１及びハブ４２とともに中心軸Ａを中心として回転する。
【００４９】
＜３．シャフトとスラストプレートとの当接箇所付近の構成＞
続いて、シャフト４１とスラストプレート３４２との当接箇所付近の詳細な構成について、更に説明する。
【００５０】
図４は、シャフト４１とスラストプレート３４２との当接箇所付近の拡大縦断面図である。上述の通り、シャフト４１の下端部に形成された凸部４１ｃは、スラストプレート３４２の上面に形成された凹部３４２ａに当接し、これにより、スラストプレート３４２上にシャフト４１が支持されている。シャフト４１の凸部４１ｃは、曲率半径Ｒ２の球面となっている。また、スラストプレート３４２の凹部３４２ａは、曲率半径Ｒ２よりも大きい曲率半径Ｒ１の球面となっている。
【００５１】
ここで、スラストプレート３４２の凹部３４２ａの曲率半径Ｒ１と、シャフト４１の凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２との比率Ｒ１／Ｒ２が大きすぎると、シャフト４１にスラストプレート３４２側への荷重や衝撃が加わったときに、その荷重や衝撃が凹部３４２ａの一部分に集中的に加わり、スラストプレート３４２が変形し易くなる。このため、スラストプレート３４２の破損を防止するためには、上記の比率Ｒ１／Ｒ２を適正な上限値以下の値に設定することが望ましい。以下では、上記の比率Ｒ１／Ｒ２をどの程度の値とするかについて、説明する。
【００５２】
図５は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）により形成されたスラストプレート３４２と、マルテンサイト系ステンレス（ＳＵＳ４２０Ｊ２）により形成されたシャフト４１とを用いて上記の比率Ｒ１／Ｒ２を変化させ、各比率Ｒ１／Ｒ２における「耐荷重」及び「Ｌｏｓｓ」を調べた結果を示したグラフである。「耐荷重」とは、スラストプレート３４２の凹部３４２ａを塑性変形させてしまうことなく、シャフト４１にかけることができる下向きの最大荷重である。「Ｌｏｓｓ」とは、凹部３４２ａと凸部４１ｃとの間の摩擦による回転時のトルク損失である。図５のグラフの横軸は、曲率半径Ｒ１，Ｒ２の比率Ｒ１／Ｒ２を示している。また、図５のグラフの縦軸は、Ｒ１／Ｒ２＝１．０のときの耐荷重及びＬｏｓｓの値を１としたときの耐荷重及びＬｏｓｓの各相対値を示している。
【００５３】
なお、図５のグラフ中の各データ（プロット）は、Ｒ１／Ｒ２を、それぞれ１．０（Ｒ１＝８ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、１．１２５（Ｒ１＝９ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、１．２５（Ｒ１＝１０ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、１．３７５（Ｒ１＝１１ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、１．５（Ｒ１＝１２ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、１．６２５（Ｒ１＝１３ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、１．７５（Ｒ１＝１４ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、２．０（Ｒ１＝１６ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、２．５（Ｒ１＝２０ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）、及び４（Ｒ１＝３２ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ）としたときのデータである。
【００５４】
図５のグラフにおいて、耐荷重の変化に着目すると、範囲Ｌ１（０．０≦Ｒ１／Ｒ２≦２．０）における耐荷重の変化率（下降幅）は比較的小さく、範囲Ｌ２（２．０＜Ｒ１／Ｒ２≦２．５）における耐荷重の変化率（下降幅）は比較的大きくなっている。また、範囲Ｌ３（２．５＜Ｒ１／Ｒ２）では、比率Ｒ１／Ｒ２の増加に伴い、耐荷重の変化率は次第に０に近づいていくと予想される。
【００５５】
耐荷重について、このような変化率の違いが生じる理由については、次のように考えられる。
【００５６】
範囲Ｌ１では、シャフト４１に下向きの荷重をかけると、スラストプレート３４２の凹部３４２ａが弾性変形し、図６に示したように、スラストプレート３４２の凹部３４２ａの全体がシャフト４１の凸部４１ｃに接触する。すなわち、範囲Ｌ１では、スラストプレート３４２が変形（塑性を損なう変形）してしまう前に、凹部３４２ａの全体でシャフト４１を支持する状態となる。このような範囲Ｌ１では、比率Ｒ１／Ｒ２が多少変化しても、荷重をかけたときにスラストプレート３４２の凹部３４２ａの全面がシャフト４１の凸部４１ｃに接触するという状態自体に変わりはなく、凹部３４２ａと凸部４１ｃとの接触面積が殆ど変化しないため、図５における耐荷重の変化率も小さい、と考えられる。
【００５７】
範囲Ｌ２では、シャフト４１に下向きの荷重をかけると、スラストプレート３４２の凹部３４２ａが弾性変形し、図７に示したように、スラストプレート３４２の凹部３４２ａが部分的にシャフト４１の凸部４１ｃに接触する。しかしながら、範囲Ｌ２では、凹部３４２ａの全体が凸部４１ｃに接触する状態となる前に、スラストプレート３４２の凹部３４２ａが変形してしまう。このような範囲Ｌ２では、比率Ｒ１／Ｒ２が変化すると、荷重をかけた状態における凹部３４２ａと凸部４１ｃとの最大接触面積も変化するため、図５における耐荷重の変化率が大きくなっている、と考えられる。
【００５８】
また、範囲Ｌ３では、比率Ｒ１／Ｒ２の増加に伴い、凸部４１ｃに対して凹部３４２ａが実質的にフラットな状態に近づいていく。このため、範囲Ｌ３では、図８に示したように、シャフト４１に下向きの荷重をかけたときの凹部３４２ａと凸部４１ｃとの接触領域は、極めて狭小となる。このような範囲Ｌ３では、比率Ｒ１／Ｒ２が変化しても、凹部３４２ａと凸部４１ｃとの接触面積に大きな変化がなくなるため、図５における耐荷重の変化率は徐々に０に近づいていく、と考えられる。
【００５９】
なお、図５のグラフは、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）により形成されたスラストプレート３４２と、それより十分に大きい曲げ弾性率を有するマルテンサイト系ステンレス（ＳＵＳ４２０Ｊ２）により形成されたシャフト４１とを使用したときの結果であるが、同程度の弾性率を有する他の材料を使用した場合にも、ほぼ同等の結果が得られると推測される。
【００６０】
このような結果を踏まえ、本実施形態では、比率Ｒ１／Ｒ２が２．０以下となるように、スラストプレート３４２の凹部３４２ａの曲率半径Ｒ１と、シャフト４１の凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２とが、設定されている。すなわち、本実施形態では、凹部３４２ａの曲率半径Ｒ１は、凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２の２．０倍以下とされている。このため、本実施形態では、シャフト４１にスラストプレート３４２側への荷重や衝撃が加わったときに、凹部３４２ａが変形してしまう前に、凹部３４２ａの表面全体でシャフト４１を支持することができる。これにより、スラストプレート３４２の変形を防止することができる。
【００６１】
特に、本実施形態では、図４に示したように、凹部３４２ａの周縁部の径Ｒ３は、凸部４１ｃの周縁部の径Ｒ４よりも小さい。このため、シャフト４１にスラストプレート３４２側への荷重や衝撃が加わったときには、凹部３４２ａの周縁部がシャフト４１の凸部４１ｃに当接し、図６中に白抜き矢印で示したように、凹部３４２ａの周縁部でシャフト４１をしっかりと支持することができる。
【００６２】
なお、凹部３４２ａの周縁部の径Ｒ３は、例えば、１．０ｍｍ以上かつ２．５ｍｍ以下の値に設定すればよいが、１．５ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下の値に設定すればより好ましい。また、凸部４１ｃの周縁部の径Ｒ４は、例えば、２．５ｍｍ以上かつ５．０ｍｍ以下の値に設定すればよいが、３．５ｍｍ以上かつ４．５ｍｍ以下の値に設定すればより好ましく、３．９ｍｍ以上かつ４．１ｍｍ以下の値に設定すれば更に好ましい。
【００６３】
次に、図５のグラフにおいて、Ｌｏｓｓの変化に着目すると、範囲Ｌ４（０＜Ｒ１／Ｒ２＜１．１）では、Ｌｏｓｓの値が急激に低下している。これは、シャフト４１に下向きの外力を与えていないときの凹部３４２ａと凸部４１ｃとの接触面積が、範囲Ｌ４において急激に低下するためと考えられる。比率Ｒ１／Ｒ２が１．１以上になると、Ｌｏｓｓは、低い値を維持しつつ、比率Ｒ１／Ｒ２の増加に伴い徐々に減少するようになる。従って、比率Ｒ１／Ｒ２が１．１以上となるように曲率半径Ｒ１，Ｒ２を設定すれば、回転時におけるトルク損失をより低減させることができ、シャフト４１をより滑らかに回転させることができる。
【００６４】
図９は、曲げ弾性率の異なる複数の板材の上面に下向きの荷重を与えたときに、弾性変形により生じる歪みの大きさを示したグラフである。図９のグラフの横軸は、板材の曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また、図９のグラフの縦軸は、板材に生じる歪みの大きさ（μｍ）を示している。なお、板材はスラストプレート３４２と同程度の厚みを有するものとし、板材に与える荷重の大きさは、９８０Ｎ（１００ｋｇｆ）及び１９６０Ｎ（２００ｋｇｆ）とした。
【００６５】
図９の結果から判るように、スラストプレート３４２の上面に下向きの荷重が与えられたときのスラストプレート３４２の歪みの大きさは、スラストプレート３４２の曲げ弾性率が低いほど大きくなり、スラストプレート３４２の曲げ弾性率が高いほど小さくなる。スラストプレート３４２の曲げ弾性率が低すぎると、シャフト４１の軸方向の振れ幅が大きくなり、ディスク２２に対するヘッド２３１の読み書きの動作に不具合が生じるなどの虞がある。一方、スラストプレート３４２の曲げ弾性率が高すぎると、凹部３４２ａに作用する荷重や衝撃を良好に分散させることができず、スラストプレート３４２が破損し易くなる。従って、シャフト４１の軸方向の振れ幅を抑制しつつ、スラストプレート３４２の変形を防止すべく、スラストプレート３４２の曲げ弾性率を適切に設定することが望ましい。
【００６６】
具体的には、スラストプレート３４２の曲げ弾性率は、８ＧＰａ以上かつ３０ＧＰａ以下であることが望ましく、１０ＧＰａ以上かつ２７ＧＰａ以下であれば、より望ましい。例えば、スラストプレート３４２をポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、及びポリアミドイミド（ＰＡＩ）によりそれぞれ形成した場合には、スラストプレート３４２の曲げ弾性率を、それぞれ１３ＧＰａ、２５ＧＰａ、及び２７ＧＰａとすることができる。
【００６７】
図１０は、凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２が異なる複数のシャフト４１を、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）の平坦な樹脂面に当接させて、十分な時間（樹脂面の摩耗がほぼ進行しなくなるまで）回転させた後に、摩耗により樹脂面に形成された凹部の曲率半径を調べた結果を示したグラフである。図１０の横軸は、シャフト４１の凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２（ｍｍ）を示している。また、図１０の縦軸は、樹脂面に形成された凹部の曲率半径（ｍｍ）を示している。
【００６８】
図１０に示したように、Ｒ２＝４ｍｍのときには、樹脂面に形成された凹部の曲率半径が５ｍｍになると、樹脂面の摩耗はほぼ進行しなくなった。また、Ｒ２＝８ｍｍのときには、樹脂面に形成された凹部の曲率半径が１２．８ｍｍになると、樹脂面の摩耗はほぼ進行しなくなった。また、Ｒ２＝１６ｍｍのときには、樹脂面に形成された凹部の曲率半径が４０ｍｍになると、樹脂面の摩耗はほぼ進行しなくなった。
【００６９】
これを、シャフト４１とスラストプレート３４２との当接に置き換えて考えると、Ｒ２＝４ｍｍのときには、Ｒ１／Ｒ２≦１．２（＝５ｍｍ／４ｍｍ）であれば、それ以上の摩耗は殆ど進行せず、Ｒ２＝８ｍｍのときには、Ｒ１／Ｒ２≦１．６（＝１２．８ｍｍ／８ｍｍ）であれば、それ以上の摩耗は殆ど進行せず、Ｒ２＝１６ｍｍのときには、Ｒ１／Ｒ２≦２．５（＝４０ｍｍ／１６ｍｍ）であれば、それ以上の摩耗は殆ど進行しない、と考えられる。また、これらの結果から、Ｒ２＝１０ｍｍのときには、Ｒ１／Ｒ２≦２．０であれば、それ以上の摩耗は殆ど進行しない、と推測される。
【００７０】
このような結果を考慮し、曲率半径Ｒ１，Ｒ２の設定にあたって、上記のＲ１／Ｒ２≦２．０との条件に加え、Ｒ２≧１０ｍｍという条件を追加してもよい。Ｒ１／Ｒ２≦２．０及びＲ２≧１０ｍｍを満たすように、曲率半径Ｒ１，Ｒ２を設定すれば、スラストプレート３４２の凹部３４２ａの摩耗を極めて進行しにくくすることができる。なお、シャフト４１の凸部４１ｃの加工性等を考慮すると、曲率半径Ｒ２は２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００７１】
＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。
【００７２】
上記の実施形態では、スラストプレート３４２の凹部３４２ａとシャフト４１の凸部４１ｃとは、ともに球面であったが、凹部３４２ａ及び凸部４１ｃは、それぞれ球面以外の曲面であってもよい。すなわち、凹部３４２ａ及び凸部４１ｃは、いずれも全体に一定の曲率半径を有するものでなくてもよく、凹部３４２ａ及び凸部４１ｃの表面のうち、少なくとも互いに接触する部分の曲率半径Ｒ１，Ｒ２が、上記の数値条件を満たしていればよい。但し、凹部３４２ａ及び凸部４１ｃは、全体に一定の曲率を有する球面である方が、シャフト４１に加わる荷重や衝撃の大きさに応じて、凹部３４２ａと凸部４１ｃとの接触面積を良好に変化させることができるという点で望ましい。
【００７３】
また、上記の実施形態では、凹部３４２ａの周縁部の径Ｒ３は、凸部４１ｃの周縁部の径Ｒ４よりも小さかったが、凹部３４２ａの周縁部の径Ｒ３は、凸部４１ｃの周縁部の径Ｒ４と同等あるいはそれ以上の大きさであってもよい。その場合、シャフト４１にスラストプレート３４２側への荷重をかけたときには、シャフト４１の凸部４１ｃの全体がスラストプレート３４２の凹部３４２ａに接触することとなる。
【００７４】
また、上記の実施形態では、軸受ハウジング３４５の内部にマグネットプレート３４３を配置し、マグネットプレート３４３の磁力によりシャフト４１を下方に引き付けていたが、本発明の軸受装置は、必ずしもこのようなマグネットプレート３４３を有するものでなくてもよい。
【００７５】
また、上記の実施形態では、磁気ディスク２２を回転させるためのスピンドルモータ１と、それに使用される流体動圧軸受装置５とについて説明したが、本発明は、光ディスク等の他のディスクを回転させるためのスピンドルモータや、それに使用される軸受装置にも適用することができる。ただし、磁気ディスク用のスピンドルモータには、特に低い摩擦損失や、特に高い耐荷重性能及び耐衝撃性能が要求されるため、本発明を適用する技術的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、ディスク駆動装置の縦断面図である。
【図２】図２は、スピンドルモータの縦断面図である。
【図３】図３は、流体動圧軸受装置の縦断面図である。
【図４】図４は、シャフトとスラストプレートとの当接箇所付近の拡大縦断面図である。
【図５】図５は、凹部及び凸部の曲率半径の比率と、耐荷重及びＬｏｓｓとの関係を示したグラフである。
【図６】図６は、シャフトに下向きの荷重をかけたときの、シャフトとスラストプレートとの当接箇所付近の拡大縦断面図である。
【図７】図７は、シャフトに下向きの荷重をかけたときの、シャフトとスラストプレートとの当接箇所付近の拡大縦断面図である。
【図８】図８は、シャフトに下向きの荷重をかけたときの、シャフトとスラストプレートとの当接箇所付近の拡大縦断面図である。
【図９】図９は、曲げ弾性率の異なる複数の板材の上面に下向きの荷重を与えたときに、弾性変形により生じる歪みの大きさを示したグラフである。
【図１０】図１０は、凸部の曲率半径が異なる複数のシャフトを、平坦な樹脂面に当接させて、十分な時間回転させた後に、摩耗により樹脂面に形成された凹部の曲率半径を調べた結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１  スピンドルモータ
２  ディスク駆動装置
３  静止部
４  回転部
５  流体動圧軸受装置
２１  装置ハウジング
２２  ディスク
２３  アクセス部
３１  ベース部材
３２  ステータコア
３３  コイル
３４  静止軸受ユニット
４１  シャフト
４１ｃ  凸部
４２  ハブ
４３  ロータマグネット
５１  潤滑オイル
３４１  スリーブ
３４２  スラストプレート
３４２ａ  凹部
３４３  マグネットプレート
３４４  シールキャップ
３４５  軸受ハウジング
Ａ  中心軸
Ｒ１  凹部の曲率半径
Ｒ２  凸部の曲率半径
Ｒ３  凹部の周縁部の径
Ｒ４  凸部の周縁部の径
【図１】
2010138992.tif 000003
【図２】
2010138992.tif 000004
【図３】
2010138992.tif 000005
【図４】
2010138992.tif 000006
【図５】
2010138992.tif 000007
【図６】
2010138992.tif 000008
【図７】
2010138992.tif 000009
【図８】
2010138992.tif 000010
【図９】
2010138992.tif 000011
【図１０】
2010138992.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図５のグラフにおいて、耐荷重の変化に着目すると、範囲Ｌ１（１．０≦Ｒ１／Ｒ２≦２．０）における耐荷重の変化率（下降幅）は比較的小さく、範囲Ｌ２（２．０＜Ｒ１／Ｒ２≦２．５）における耐荷重の変化率（下降幅）は比較的大きくなっている。また、範囲Ｌ３（２．５＜Ｒ１／Ｒ２）では、比率Ｒ１／Ｒ２の増加に伴い、耐荷重の変化率は次第に０に近づいていくと予想される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
次に、図５のグラフにおいて、Ｌｏｓｓの変化に着目すると、範囲Ｌ４（１．０＜Ｒ１／Ｒ２＜１．１）では、Ｌｏｓｓの値が急激に低下している。これは、シャフト４１に下向きの外力を与えていないときの凹部３４２ａと凸部４１ｃとの接触面積が、範囲Ｌ４において急激に低下するためと考えられる。比率Ｒ１／Ｒ２が１．１以上になると、Ｌｏｓｓは、低い値を維持しつつ、比率Ｒ１／Ｒ２の増加に伴い徐々に減少するようになる。従って、比率Ｒ１／Ｒ２が１．１以上となるように曲率半径Ｒ１，Ｒ２を設定すれば、回転時におけるトルク損失をより低減させることができ、シャフト４１をより滑らかに回転させることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
図９の結果から判るように、スラストプレート３４２の上面に下向きの荷重が与えられたときのスラストプレート３４２の歪みの大きさは、スラストプレート３４２の曲げ弾性率が低いほど大きくなり、スラストプレート３４２の曲げ弾性率が高いほど小さくなる。スラストプレート３４２の曲げ弾性率が低すぎると、シャフト４１の軸方向の振れ幅が大きくなり、ディスク２２に対するヘッドの読み書きの動作に不具合が生じるなどの虞がある。一方、スラストプレート３４２の曲げ弾性率が高すぎると、凹部３４２ａに作用する荷重や衝撃を良好に分散させることができず、スラストプレート３４２が破損し易くなる。従って、シャフト４１の軸方向の振れ幅を抑制しつつ、スラストプレート３４２の変形を防止すべく、スラストプレート３４２の曲げ弾性率を適切に設定することが望ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
図１０は、凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２が異なる複数のシャフト４１を、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）の平坦な樹脂面に当接させて、十分な時間（樹脂面の摩耗がほぼ進行しなくなるまで）回転させた後に、摩耗により樹脂面に形成された凹部の曲率半径を調べた結果を示したグラフである。図１０の横軸は、シャフト４１の凸部４１ｃの曲率半径Ｒ２（ｍｍ）を示している。また、図１０の縦軸は、樹脂面に形成された凹部の曲率半径Ｒ１（ｍｍ）を示している。