(57)【要約】【課題】  各軸受部の軸受剛性と、シャフト及びロータハブの直角度等の精度と、テーパシール部の軸方向寸法とを確保すると共に、モータ全体の小型且つ薄型化を実現すること。【解決手段】  本発明の一例の流体動圧軸受では、シャフトの外周面とスリーブの内周面との間には、ロータの回転時、潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられたラジアル軸受部が形成されている。ロータ上壁部の下面と軸受ハウジングの上端面との間には、ロータの回転時、潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられた上部スラスト軸受部が形成されている。スリーブの下端面とスラストプレートの上面との間には、ロータの回転時、潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられた下部スラスト軸受部が形成されている。【選択図】  図１
2006038211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトの上部に固定されるトッププレートと、
前記シャフトの下部に固定されるスラストプレートと、
前記シャフトが挿通し該シャフトに対して相対回転する円筒状のスリーブと、
内周部に前記スリーブを保持し、下端部が閉塞された略カップ状の軸受ハウジングと、を備え、
前記シャフト及び前記トッププレートと、前記スリーブと、の間には、連続する微少間隙が形成されると共に、前記微少間隙は潤滑流体で満たされ、
前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間には、前記シャフト又は前記スリーブの回転時に前記潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられたラジアル軸受部が形成され、
前記トッププレートの下面と前記軸受ハウジングの上端面との間には、前記シャフト又は前記スリーブの回転時に前記潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられた上部スラスト軸受部が形成され、
前記スリーブの下端面と前記スラストプレートの上面との間には、前記シャフト又は前記スリーブの回転時に前記潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられた下部スラスト軸受部が形成されている、ことを特徴とする流体動圧軸受。
【請求項２】
前記スリーブの外周面と前記軸受ハウジングの内周面との間には、一端が前記上部スラスト軸受部の半径方向内方側に開口すると共に、前記下部スラスト軸受部の外周部近傍に連通する連通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の流体動圧軸受。
【請求項３】
前記連通孔は、前記スリーブの外周面に形成された軸方向溝と前記ハウジングの内周面とによって構成されている、ことを特徴とする請求項２記載の流体動圧軸受。
【請求項４】
前記ラジアル軸受部は、前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間に形成された、軸方向に離間した一対のラジアル軸受により構成され、少なくとも一方のラジアル軸受には、前記動圧発生溝として、前記シャフト又は前記スリーブの回転時に前記潤滑流体に軸方向上方から軸方向下方に作用する動圧を誘起するアンバランスなヘリングボーン溝が設けられており、
前記上部スラスト軸受及び前記下部スラスト軸受には、前記動圧発生溝として前記シャフト又は前記スリーブの回転時に前記潤滑流体に半径方向内方に動圧を誘起するスパイラル溝が設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項５】
前記微少間隙に満たされた潤滑流体はオイルであり、
前記トッププレートには、前記トッププレートから軸方向下方に伸びると共に、前記軸受ハウジングの外周面と半径方向にシール用間隙を介し対向する周状突起が形成され、
前記シール用間隙の半径方向寸法は、前記トッププレートから軸方向下方に向かうに従って拡径し、
前記シール用間隙には、前記微少間隙の前記オイルが連続して保持され、前記オイルは前記シール用間隙内に気液界面を形成している、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項６】
前記スリーブは、オイルを含侵した多孔質の焼結金属から形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項７】
前記シャフトの外周面の面粗度は、Ｒａ０．１μｍ以上１．６μｍ以下であり、好ましくは、Ｒａ０．３μｍ以上０．８μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項８】
前記スリーブは前記軸受ハウジングの内周部に接着剤によって固定され、
前記スリーブ及び前記ハウジングが当接する前記スリーブの外周面及び／又は前記軸受ハウジングの内周面には、接着溝が形成され、前記接着溝には接着剤が保持されている、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項９】
前記軸受ハウジングは、前記スリーブを保持する内周部を有する円筒状部材と、前記円筒状部材の下端部を閉塞するカウンタープレートと、から構成され、
前記カウンタープレートと前記軸受ハウジングとは、溶接によって固定されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項１０】
前記シャフトと前記トッププレートとは一体に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項１１】
前記カウンタープレートと前記軸受ハウジングとが溶接される部位は、前記軸受ハウジングの内周部より径方向外方に位置し、
前記軸受ハウジングの内周部には、前記溶接による軸受ハウジングの変形を吸収する凹部が前記スラストプレートの外周部に半径方向に対向して形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の流体動圧軸受。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の流体動圧軸受を備えたスピンドルモータであって、
内周部に前記流体動圧軸受の前記軸受ハウジングを保持するブラケットと、
前記ブラケットに固定されたステータと、
前記流体動圧軸受の前記トッププレートの外周部から下方に延出するロータ周壁部と、
前記ロータ周壁部に保持され前記ステータと半径方向に対向するロータマグネットと、を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項１３】
情報を記録できる円板状記録媒体を有する記録ディスク駆動装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内部に固定され前記記録媒体を回転させる請求項１２に記載のスピンドルモータと、
前記記録媒体の所要の位置に情報を書き込みまたは読み出すための手段と、を備えたことを特徴とする記録ディスク駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受、この流体動圧軸受を備えたスピンドルモータ及びこのスピンドルモータを備えた記録ディスク駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハードディスク駆動装置、リムーバブルディスク駆動装置等において、記録ディスクを駆動するモータの軸受として、例えば図６に示すように、モータ回転時に、シャフト１０２とスリーブ１０４との間の間隙に保持されるオイル等の潤滑流体に発生させた動圧を利用する流体動圧軸受が用いられ、種々提案されている。
【０００３】
この従来のモータは、シャフト１０２の外周面とスリーブ１０４の内周面との間の間隙に軸方向に離設された一対のラジアル軸受部１０６を形成すると共に、シャフト１０２に一体に固定されたスラストプレート１０８の上下面とこれと軸方向に対向するスリーブ１０４の下面及びカウンタープレート１１０の上面との間隙に、それぞれ上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３を形成している。
【０００４】
更に、この従来のモータは、スリーブ１０４の内周面とシャフト１０２の外周面との内、シャフト１０２の外周面を一対にラジアル軸受部１０６から離れるに従い漸次縮径させることで、シャフト１０２とシャフト１０２の上部に固定されるロータハブ１１４との嵌合部１１６とラジアル軸受部１０６との間にキャピラリーシール部１１８を形成している。キャピラリーシール部１１８は、このキャピラリーシール部１１８内に保持されるオイルの気液界面の形成位置によって毛細管力に格差を生じさせ、ラジアル軸受部１０６及び上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３で保持するオイルの量が減少した場合には、キャピラリーシール部１１８からラジアル軸受部１０６と上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３へとオイルを供給する。また、キャピラリーシール部１１８は、モータの回転に伴うスピンドルモータの温度上昇によって、ラジアル軸受部１０６と上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３内に保持されるオイルの体積が増加した場合には、その増加分を収容する。
【０００５】
このように、ラジアル軸受部１０６と上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３とキャピラリーシール部１１８とを形成する微小間隙には、オイルが途切れることなく連続して保持されている（このようなオイル保持構造を、以下「フルフィル構造」と記す）。モータが回転すると、ラジアル軸受部１０６と上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３において動圧が発生し、スリーブ１０４がシャフト１０２及びロータハブ１１４を非接触にて回転自在に支持する（このような構造を有するモータとして例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１８４５号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、パソコン等の機器に使用されていた記録ディスク駆動装置は、より小型で持ち運べる情報端末への適用が開始されており、スピンドルモータに対しては、これまでの高速且つ高精度な回転に加え、より小型且つ薄型並びに低消費電力化が望まれるようになってきた。
【０００８】
しかしながら、スピンドルモータを小型且つ薄型化しようとした場合、上述の構成では、嵌合部１１６と、キャピラリーシール部１１８と、一対のラジアル軸受部１０６と上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３とが軸方向に並列に構成されているため、スピンドルモータを小型且つ薄型化することは困難である。
【０００９】
即ち、スピンドルモータの小型且つ薄型化の要求に対し、一対のラジアル軸受部１０６の軸受剛性を確保しようとすると、嵌合部１１６と上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３との軸方向寸法の確保が困難となる。嵌合部１１６の軸方向寸法が短くなると、シャフト１０２とロータハブ１１４との締結強度が弱まり、モータ回転時にロータハブ１１４の平行度が失われロータハブ１１４が振れ回ってしまい、安定した回転が得られなくなる。
【００１０】
一方、嵌合部１１６の軸方向寸法を確保しようとすると、一対のラジアル軸受部１０６の軸方向寸法が短くなり、軸受剛性が弱まり、安定してシャフト１０２を支持できなくなる。シャフト１０２及びロータハブ１１４の回転精度や姿勢の保持は、専ら一対のラジアル軸受部１０６に依存するため、一対のラジアル軸受部１０６の軸方向間隔を十分にとる必要がある。従って、前述のモータでは、要求される回転精度を維持しながらスピンドルモータを小型且つ薄型化することは非常に困難である。
【００１１】
加えて、一対のラジアル軸受部１０６と嵌合部１１６との軸方向寸法を確保しようとすると、上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３の軸受剛性の確保が困難となる。前述のモータではシャフト１０２の端部にスラストプレート１０８が一体に固定されており、このスラストプレート１０８の上下面に形成される上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３で発生する軸方向の荷重支持力によって、シャフト１０２及びロータハブ１１４の軸方向の移動が規制されシャフト１０２及びロータハブ１１４の浮上が安定する。
【００１２】
ところが、上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３を薄型化しようとして、スラストプレート１０８の軸方向寸法を薄くすると、上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３で安定した軸方向の荷重支持力を得ることができず、上部及び下部スラスト軸受部１１２、１１３の軸受剛性が低下してしまうため、シャフト１０２及びロータハブ１１４の過浮上等が発生して、シャフト１０２及びロータハブ１１４を安定して支持することが困難となる。
【００１３】
更に、近年記録ディスク駆動装置は、カーナビゲーションシステムに代表される車載用機器にも搭載が開始されてきている。ところが車載用機器の場合、記録ディスク駆動装置が様々な環境下での使用が予想されることから、記録ディスク駆動装置に対しても非常に広い温度範囲で安定して動作することが要求されている。例えば、記録ディスク駆動装置に対しては、温度差が１００℃以上の環境下においても使用が可能である、というこれまでに無い厳しい温度環境下での使用が要求される。
【００１４】
周知のとおり、高温環境下ではオイルの粘性が低下するので発生する動圧も低下し、結果的に所定の軸受剛性を得ることが困難である。このようなオイルの粘性低下を回避するために高粘度のオイルを使用すると、低温環境下では粘性過多となりモータの回転負荷が増大するのでモータの消費電力量が増大してしまう。従って、幅広い温度範囲で流体動圧軸受を用いたモータを適用可能とするためには、低温環境下でのモータの消費電力量の増加を抑制しながら高温環境下における軸受剛性の低下を防止するという相反する課題を同時に解決する必要がある。また高温環境下では、オイルの粘性が低下すると共に熱膨張によってオイルの体積が増加する。そのため、各流体動圧軸受部に保持されていたオイルは、体積増加した分だけ各流体動圧軸受部からキャピラリーシール部１１８へと押し出される。この時、モータの小型且つ薄型化という寸法上の制約から、キャピラリーシール部１１８の軸方向寸法が制限され容積を十分に確保することができない場合、キャピラリーシール部１１８内に流入するオイルを収容しきれずに、オイルがキャピラリーシール部１１８の外部に流出する場合がある。流出したオイルが、駆動装置側のハードディスクやこれに近接配置された磁気ヘッドに付着すると、リード／ライトエラーを引き起こす原因となる。
【００１５】
これに対し、キャピラリーシール部１１８の軸方向寸法を十分に確保して前述の体積増加した分のオイルを保持しようとすると、キャピラリーシール部１１８と軸方向に並列配置されている一対のラジアル軸受部１０６の軸方向寸法が制約され、ラジアル軸受部１０６の軸受剛性の確保が困難となる。加えて、同じくキャピラリーシール部１１８と軸方向に並列配置されているシャフト１０２とロータハブ１１４との嵌合部１１６の軸方向寸法の確保も困難となる。
【００１６】
本発明の目的は、ラジアル軸受部及びスラスト軸受部の軸受剛性、シャフトとロータハブとの直角度等の精度及びキャピラリーシール部の軸方向寸法を確保し、且つ流体動圧軸受を備えたスピンドルモータの小型且つ薄型化を実現することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、使用環境の変化に関わらず、流体動圧軸受を備えたスピンドルモータの消費電力量を増大させることなく安定した軸受剛性を確保し、且つ高温環境下でのオイルのスピンドルモータ外部への流出を防止して信頼性並びに耐久性を向上することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、小型且つ薄型で、信頼性並びに耐久性に優れたスピンドルモータを備えた記録ディスク駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の一例の流体動圧軸受は、シャフトと、シャフトの上部に固定されるトッププレートと、シャフトの下部に固定されるスラストプレートと、シャフトに対して相対回転するスリーブと、内周部にスリーブを保持し、下端部が閉塞された軸受ハウジングと、を備えている。シャフト及びトッププレートと、スリーブと、の間には、連続する微少間隙が形成されると共に、その微少間隙は潤滑流体で満たされている。
【００２０】
シャフトの外周面とスリーブの内周面との間には、シャフト又はスリーブの回転時に潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられたラジアル軸受部が形成される。トッププレートの下面と軸受ハウジングの上端面との間には、シャフト又はスリーブの回転時に潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられた上部スラスト軸受部が形成される。スリーブの下端面とスラストプレートの上面との間には、シャフト又はスリーブの回転時に潤滑流体に動圧を誘起する動圧発生溝が設けられた下部スラスト軸受部が形成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の一例の流体動圧軸受では、従来スラストプレートの下面とカウンタープレートの上面との間に形成されていたスラスト軸受部を廃止した。そして、新たに、軸受ハウジングの上端面とトッププレートの下面との間にスラスト軸受部を形成した。これにより、スラストプレートの軸方向寸法は、下部スラスト軸受部を形成するために必要な軸受剛性を得られる寸法でよい。従って、スラストプレートの軸方向寸法を従来に比べ薄くすることができ、加えてカウンタープレートの軸方向寸法も薄くすることができる。これにより、流体動圧軸受を備えたスピンドルモータを小型・薄型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る流体動圧軸受、この流体動圧軸受を備えたスピンドルモータ、及びこのスピンドルモータを備えた記録ディスク駆動装置を図１乃至図５を参照して説明する。尚、本発明の説明の実施形態では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取付状態における方向を限定するものではない。
【００２３】
＜第一実施形態＞
＜スピンドルモータの全体構造＞
図１に示すように、本実施形態に係るスピンドルモータは、基本的には、ブラケット２と、これに固定される軸受ハウジング１０と、この軸受ハウジング１０の内周部に固定されるスリーブ１２と、このスリーブ１２によって回転自在に支持されるロータ６とから構成されている。
【００２４】
ブラケット２の中央部には、軸受ハウジング１０が嵌合固定される中心孔の周囲に環状のボス部２ａが設けられており、このボス部２ａの外周部には、ステータ８が圧入及び／又は接着等によって固定される円筒部２ｂが形成されている。このボス部２ａの内周には、軸受ハウジング１０が圧入及び／又は接着によって固定されている。
【００２５】
中空円筒状の軸受ハウジング１０は、軸受ハウジング１０の軸方向下方を閉塞する板状のカウンタープレート１４を備えている。軸受ハウジング１０は、後に詳述するロータハブ１８より熱膨張係数の小さい部材から成形されている。具体的には、ＳＵＳ３０３（熱膨張係数１７．３×１０-6／℃）、ＳＵＳ３０４（熱膨張係数１６．３×１０-6／℃）、及びＳＵＳ４２０Ｊ２（熱膨張係数１０．４×１０-6／℃）、樹脂部材等である。軸受ハウジング１０の内周面には、中心部に軸方向に貫通する軸受穴を有する円筒状のスリーブ１２が接着等の手段によって固定されている。このスリーブ１２は、オイルが含浸された多孔質焼結体から成形され、その材質は特に限定するものではなく、各種金属粉末や金属化合物粉末、非金属粉末を原料として成型、焼結したものが使用される。原料としては、Ｆｅ−Ｃｕ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｆｅ−Ｃなどを含有すると共に、１２．９×１０-6／℃程度の熱膨張係数を有している。尚、このような軸受ハウジング１０及びスリーブ１２は、後に詳述するロータハブ１８より熱膨張係数の小さい部材からであればよく、例えば銅や銅合金等からも成形可能である。
【００２６】
回転部材であるロータ６は、スリーブ１２の内周面と径方向に間隙を介し対向するシャフト１６と、このシャフト１６と一体に形成される略カップ状のロータハブ１８とから構成されている。このように、シャフト１６とロータハブ１８とを一体に形成することで、図６に示されている従来のモータのシャフト１１６とロータハブ１１４との嵌合部の締結強度の不足に起因するロータハブ１１４に対するシャフト１０２の直角度等組立精度の低下や、ロータハブ１１４からのシャフト１０２の脱落等の発生を防止できる。また、ロータハブ１８とシャフト１６との締結強度を強固に得ることができるため、モータの小型且つ薄型化を実現できる。
【００２７】
ロータハブ１８は、軸受ハウジング１０及びスリーブ１２の上端面と軸方向に対向しトッププレートを構成する上壁部１８ａと、上壁部１８ａの外周部から軸方向に垂下するロータ周壁部１８ｂと、ロータ周壁部１８ｂの下方に位置しロータ周壁部１８ｂの外周面より径方向外方に伸びたフランジ部１８ｃとを備えている。ロータ周壁部１８ｂの外周面及びフランジ部１８ｃには、ハードディスク（図５において符号４６と図示する）が当接及び載置され、またロータ周壁部１８ｂの内周面には、内周部にロータマグネット２０が接着剤等によって固定され且つ強磁性材のステンレス鋼から成形された環状のヨーク２１が接着により固着されている。このようなロータハブ１８は、スリーブ１２より熱膨張係数が大きい部材から成形可能であり、具体的には、Ａ６０６１（熱膨張係数２３．６×１０-6／℃）等のアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。
【００２８】
そして、シャフト１６の軸方向下端部には、環状部材であるスラストプレート２２が固定されている。スラストプレート２２は、その上下面は、スリーブ１２の下端面及びカウンタープレート１４の上面とそれぞれ軸方向に間隙を介し対向し、その外周面は軸受ハウジング１０の内周面と径方向に間隙を介し対向している。なお、スラストプレート２２は必要とする機械的強度や寸法安定性などから適宜選択できるが、シャフト１６の端部に固定されシャフト１６と一体に回転することから、シャフト１６と同程度の熱膨張係数を有する材質が好ましい。
【００２９】
このような構成においては、ロータハブ１８の上壁部１８ａの下面と軸受ハウジング１０及びスリーブ１２の上端面との間隙と、スリーブ１２の内周面とシャフト１６の外周面との間隙と、スリーブ１２の下端面及びカウンタープレート１４の上面とスラストプレート２２の上下面との間隙とは連続しており、その連続した間隙には、潤滑流体としてオイルが途切れることなく保持され、フルフィル構造を形成している。
【００３０】
軸受ハウジング１０の上部外周面には、外径が上端面から軸方向に縮径する傾斜面が形成されており、これと径方向に対向する部位には、ロータハブ１８の上壁部１８ａから垂下する周状突起１８ｄが形成されている。軸受ハウジング１０の上部外周面及び上壁部１８ａの周状突起１８ｄとの径方向間隙に規定される間隙寸法は、上壁部１８ａから軸方向下方（ブラケット２側）に離間するに従って漸次増大しており、すなわち、軸受ハウジング１０の上部外周面と上壁部１８ａの周状突起１８ｄとが協動してキャピラリーシール部３４を構成している。そして、上述した各軸受部の間隙に保持されるオイルは、このキャピラリーシール部３４においてのみ、オイルの表面張力と外気圧とがバランスされ、オイルと空気との界面がメニスカス状に形成される。
【００３１】
スリーブ１２及び軸受ハウジング１０の径方向外方にキャピラリーシール部３４を形成することにより、後に詳述するスリーブ１２の内周面とシャフト１６の外周面との間の微少間隙に形成される上部及び下部ラジアル軸受部２４．２６の軸受剛性を低下させることなくキャピラリーシール部３４の軸方向寸法及び容積を十分に確保することができる。従って、オイルのモータ外部への流出を防止することができ、信頼性並びに耐久性に優れた流体動圧軸受、この流体動圧軸受を備えたスピンドルモータを提供することができる。
【００３２】
＜軸受部の構成＞
次に軸受構造について図２及び図３を用いて説明する。
【００３３】
図２に示すように、スリーブ１２の内周面とシャフト１６の外周面との半径方向間隙には、上部ラジアル軸受２４及び下部ラジアル軸受２６が軸方向に離間されて設けられている。上部ラジアル軸受２４及び下部ラジアル軸受２６は、スリーブ１２の内周面と、シャフト１６の外周面と、半径方向に対向する両部材間の間隙に保持されているオイルとから構成されている。
【００３４】
図３（ｂ）に示すように、スリーブ１２の内周面の上部ラジアル軸受２４を構成する部位には、オイルが上部ラジアル軸受２４の軸方向両端から略中央に誘起され、且つ軸方向にアンバランスな形状（Ｒ１＞Ｒ２）を有するへリングボーン溝１２ａが形成されている。そして、ロータ６が回転すると、オイルが軸方向下方（下部ラジアル軸受２６側）に向かう移動圧力が誘起される。すなわち、オイルは、上部ラジアル軸受２４の中央部へと誘起されるが、ヘリングボーン溝１２ａが軸方向にアンバランスな形状を形成しているため、上部ラジアル軸受２４の中央よりやや下方にて最大圧力となりロータ６を支持すると共に、そのアンバランス分、オイルに対して、軸方向下方側への流動を促す。
【００３５】
また、スリーブ１２の内周面の下部ラジアル軸受２６を構成する部位には、オイルが下部ラジアル軸受２６の軸方向両端から略中央部に誘起され、且つ軸方向にほぼバランスな形状（Ｒ３＝Ｒ４）を有するへリングボーン溝１２ｂが形成されている。ロータ６が回転すると、オイルに下部ラジアル軸受２６の軸方向両端から略中央に向かう圧力が誘起される。即ち、オイルは下部ラジアル軸受２６の中央部へと誘起されるが、ヘリングボーン溝１２ｂが軸方向にバランスな形状を形成しているため、下部ラジアル軸受２６のほぼ中央にて最大圧力となりロータ１０を支持する。
【００３６】
また、軸受ハウジング１０の上端面とロータハブ１８の上壁部１８ａの下面とは軸方向に微小間隙を介して互いに対向し、その間隙には、上部スラスト軸受２８が設けられている。上部スラスト軸受２８は、軸受ハウジング１０の上端面と、ロータハブ１８の上壁部１８ａの下面と、軸方向に対向する両部材間の間隙に保持されているオイルとから構成されている。
【００３７】
そして、図３（ａ）に示すように、軸受ハウジング１０の上端面には、モータ回転時に、オイルが半径方向内方（シャフト１６の上部外周面側）に誘起されるよう、スパイラル溝１０ａが形成されている。ロータ６が回転すると、上部スラスト軸受２８では、スパイラル溝１０ａにより半径方向内方へと向かう動圧が誘起される。これにより、ロータ６を浮上させると共に、これより内側のオイル内圧が高められる。そしてオイル圧力が外気に対して常に高い状態が保たれることで、オイル内に溶け込んでいる空気の気泡化を防止している。
【００３８】
また、スリーブ１２の下端面とスラストプレート２２の上面との軸方向間隙には、下部スラスト軸受３０が形成されている。そして、スリーブの下端面には、モータ回転時に、オイルが半径方向内方（シャフト１６の下部外周面側）に誘起されるよう、スパイラル溝１２ｃが形成されている。ロータ６が回転すると、下部スラスト軸受３０では、スパイラル溝１２ｃにより径方向内方へと向かう動圧が誘起される。
【００３９】
従って、上部スラスト軸受２８によるロータ６に対する浮上作用と、下部スラスト軸受３０によるスラストプレート２２に対する押し下げ作用とにより、ロータ６は上下方向に押圧される。そしてこれらの動圧力がバランスする位置においてロータ６の回転浮上位置が安定する。上部及び下部スラスト軸受２８、３０を形成することにより、上部及び下部スラスト軸受２８、３０で発生する軸支持力が軸方向に相対向する方向から協働して作用することになるので、ロータハブ１８の回転を安定して支持することができる。
【００４０】
なお、上部及び下部スラスト軸受２８、３０には、いずれもスパイラル溝が形成されているが、これに限らず、上部及び下部スラスト軸受２８、３０の一方または両方にヘリングボーン溝を形成することも可能である。その場合、上部スラスト軸受２８に形成するヘリングボーン溝は、発生する動圧によりオイルが半径方向内方に向かう、アンバランスなヘリングボーン溝であることが望ましい。この半径方向内方に向かうオイル動圧により、このアンバランスなヘリングボーン溝より半径方向内方のオイル全体の内圧を高め、負圧を防止することで、気泡発生を防止するためである。
【００４１】
これら上部及び下部ラジアル軸受２４，２６、及び下部スラスト軸受３０に設けられるヘリングボーン溝１２ａ、１２ｂ、及びスパイラル溝１２ｃは、焼結材製のスリーブ１２のプレス成形時に同様にして形成することができる。これにより、安価にスリーブ１２を製造することができる。
【００４２】
本実施形態では、従来スラストプレートの下面とカウンタープレートの上面との間に形成していたスラスト軸受を廃止した。そして、新たに、軸受ハウジングの上端面とロータハブ１８の上壁部１８ａの下面との間にスラスト軸受を形成した。これにより、スラストプレート２２の軸方向厚さは、下部スラスト軸受３０を形成するために必要な軸受剛性が得られるに十分な寸法でよい。従って、スラストプレート２２の軸方向寸法を従来に比べ薄くすることができる。またカウンタープレート１４の上面の軸方向寸法も薄くすることができる。これにより、スピンドルモータを小型・薄型化できる。
【００４３】
また、従来、シャフト及びスリーブとに何ら表面処理を施さない場合、シャフトとスリーブとが接触すると、シャフトとスリーブの一方若しくは両方が摩耗することとなり、シャフト及びスリーブの耐久性が著しく低下してしまう。このような耐久性の低下を防止するために、またロータを支えるための機械的強度を確保するために、従来軸受面を構成するシャフトの外周面又はスリーブの内周面等に窒化処理等の硬化処理を行っていた。
【００４４】
しかし、本実施形態では、スリーブ材として、オイルを含侵した多孔質の焼結材を用いている。焼結材のスリーブを用いると、モータ回転時、軸受面を構成するスリーブの内周面にはオイルが滲みだし、回転するシャフトの外周面とスリーブの内周面との間は、常に一定の油膜が形成されるため、シャフトとスリーブとの間に高い摺動性能を得ることができる。従って、シャフトの外周面に窒化処理等の硬化処理を行なわずとも、安定した回転性能を得ることができる。シャフトの外周面に硬化処理を行わないことにより、安価に流体動圧軸受を製造することができ、且つ安価なモータを製造することができる。
【００４５】
なお、シャフトの外周面の算術平均粗さＲａは、０．１μｍ以上１．６μｍ以下であり、好ましくは、０．３μｍ以上０．８μｍ以下である。これによりシャフトはより一層高い摺動性能を得ることができ、安定した回転性能を得ることができる。
【００４６】
＜連通孔３２の構成＞
図２及び図３に示すように、スリーブ１２の外周部にはスリーブ１２の軸方向端部を貫通する軸方向溝が、断面略矩形状、或いは半円状となるようプレス加工或いは切削加工によって形成されている。スリーブ１２が軸受ハウジング１０の内周面に取り付けられると、この軸方向溝は、軸受ハウジング１０の内周面との間で、スリーブ１２の軸方向上端部から軸方向下端部まで貫通する連通孔３２となる。連通孔３２内はオイルで満たされており、そのオイル内圧は、各軸受部に保持されているオイル内圧と等しくなっている。
【００４７】
このオイル連通孔３２がない軸受の場合、部材の加工誤差等の影響で、スラストプレート２２の外周部のオイル圧が、大気圧に比較して低くなる、いわゆる負圧になることがある。即ち、スリーブ１２の内周面とシャフト１６の外周面との間に形成される微小間隙の内、軸方向上部側の微少間隙の幅寸法が下部側の幅寸法よりも広く形成されると、下部ラジアル軸受２６側に発生する動圧が上部ラジアル軸受２４で発生する動圧を上回り、軸方向下方側から上方側へと向かうオイルの流動が発生して、スラストプレート２２の外周部及び／又はスラストプレート２２の下端面とカウンタープレート１４の上端面との間隙に保持されているオイルの内圧が負圧となる懸念がある。
【００４８】
また、前述の加工誤差によって、例えば、スリーブ１２の内周面とシャフト１６の外周面との間に形成される微小間隙の内、軸方向上部側の微少間隙の幅寸法が下部側の寸法よりも狭く形成されると、上部ラジアル軸受２４に設けられたヘリングボーン溝１２ａの発生する動圧が所定圧以上となり、スラストプレート２２の下端面とカウンタープレート１４の上端面との間隙で負圧が発生する懸念がある。
【００４９】
そのような軸受でも、この連通孔３２を設けることにより、スラストプレート２２の外周部のオイル圧は強制的に、スラスト軸受２８の内周部と同じ圧力レベルに引き込まれる。この内周部のオイル圧は、モータ回転時には常に、スラスト軸受２８の図３（ａ）に示すスパイラル溝により発生される動圧分だけ大気圧より高くなっている。従って加工誤差や外乱によりスラストプレート２２の外周部のオイル圧が低下しても、これにより大気圧以下になる可能性は殆ど無い。これによりスラストプレート２２の外周部のオイルの負圧を防止している。
【００５０】
また、上記加工誤差により、オイルが軸方向上部側から下部側へと流動する場合は、スラストプレート２２の下面とカウンタープレート１４の上面の間隙のオイルの内圧が必要以上に高まってロータ６が過浮上し過ぎる懸念がある。
【００５１】
これに対し、連通孔３２を設けることで、スリーブ１２の内周面とシャフト１６の外周面との間に形成される微小間隙の軸方向上部側と下部側とでオイルの内圧に差異が生じても、連通孔３２を通じて、内圧の高い側から低い側へのオイルの流動が生じるため、各軸受部に保持されるオイルの内圧がバランスし、負圧や過浮上の発生が防止される。
【００５２】
また、上部ラジアル軸受２４に設けられている動圧発生溝を軸方向に非対称なヘリングボーン溝１２ａとしてオイルに対して軸方向下方側へと押圧する動圧を誘起することで、上部ラジアル軸受２４と下部ラジアル軸受２６との間の領域の圧力が大気圧以上の正圧に保たれ、負圧の発生が防止される。また、ヘリングボーン溝１２ａの発生する押圧力によって、オイルは常に下部ラジアル軸受２６と、スリーブ１２の下端面とカウンタープレート１４の上端面との間から連通孔３２、更にスリーブ１２の上端面とロータハブ１８の上壁部１８ａの下面との間を経て、シャフト１６の外周面及びスリーブ１２の内周面の軸方向上側へと流動して、また上部ラジアル軸受２４へと環流するよう加圧され、一連のオイル循環路が形成される。
【００５３】
これにより、軸受内のオイルが常に一定方向に流動することとなり、圧力の均衡が図れるので、負圧による気泡の発生やロータ６の過浮上の発生が防止される。加えて、加工誤差に対する許容範囲が格段に拡大するので、歩留まりが改善される。
【００５４】
また、連通孔３２の一端が上部スラスト軸受２８より径方向内方に開口するように配置することにより、大気圧よりも高圧な領域内でオイルの圧力が一定に保たれるようになる。
【００５５】
これによりモータの定常回転時に軸受部で所定の動圧が発生している場合は十分な軸受剛性が得られるため、軸受部の接触や摺動が発生する可能性は低い。
【００５６】
また、シャフト１６及びロータハブ１８を軸受ハウジング１０及びスリーブ１２より熱膨張係数の高い部材によって形成することにより、高温環境下では、熱膨張係数の関係からシャフト１６及びロータハブ１８の熱膨張量が軸受ハウジング１０及びスリーブ１２の熱膨張量を上回ることとなる。そのため、各軸受部において、シャフト１６及びロータハブ１８と対向する軸受ハウジング１０及びスリーブ１２との間隙寸法が小となり、熱膨張によってオイルの粘性が低下しても、軸受剛性の低下を防止することが可能になる。従って、モータの消費電力量を増大させることなく所定の軸受剛性を確保することができる。
【００５７】
加えて、高温環境下にあっては、オイルは熱膨張によってその粘性が低下すると共に体積が増加する。そのため体積増加した分のオイルは、キャピラリーシール部３４へと流入することとなり、キャピラリーシール部３４の容量を十分に確保することができなければオイルはモータ外部へと漏れ出してしまうことになる。しかし、本発明に係る軸受では、キャピラリーシール部３４を軸受ハウジング１０の外周側に、軸方向下方に開口する向きに形成されている。これにより図６の従来軸受に比べて十分な容積のシール部を確保することができる。加えて、ロータハブ１８と一体に形成される周状突起１８ｄの熱膨張係数は、この周状突起１８ｄの径方向内方に位置する軸受ハウジング１０の熱膨張係数よりも大きいので、キャピラリーシール部３４の半径方向の間隙寸法が大となる。従って、高温環境下ではキャピラリーシール部３４のオイル保持可能な容量を増加させることができ、オイルの体積が増加した分をキャピラリーシール部３４内で十分に保持することが可能となる。
【００５８】
＜ロータの製造方法＞
次に、ロータの製造方法について説明する。まず、アルミニウム等の棒材から切り出して成形した円板状部材を、例えばプレス加工、鍛造等によりシャフト１６及びロータハブ１８の形状に成形する。次に内周面に接着固定されたロータマグネット２０を有するヨーク２１を、ロータハブ１８のロータ周壁部１８ｂの内周面に圧入及び／又は接着剤により固定する。そして、シャフト１６の中央部に貫通孔及びネジ穴をタッピング加工によって成形する。最後にシャフト１６の外周面及びロータハブ１８の上壁部１８ａの下面といった動圧軸受構成面、及びロータハブ１８のロータ周壁部１８ｂのフランジ部１８ｃのディスク搭載面に切削加工を行い、これら各面を高精度に仕上げる。
【００５９】
ここで、ロータ６をアルミニウム材の鍛造等によって成形すると、ロータハブを安価に製造できる反面、ロータハブ１８の半径方向及び軸方向寸法が薄くなるため、ロータハブ１８の剛性が低下する。前述したとおり、ロータマグネットをロータ周壁部に圧入固定すると、ロータマグネットが欠ける場合があることから、一般にロータマグネットとロータ周壁部との固定には、接着剤を用いた接着固定が行われる。ところが、比較的に強度が高い例えばマルテンサイト系又はオーステナイト系ステンレス鋼によってロータハブを成形し、そのロータのロータ周壁部の内周面にロータマグネットを接着固定した場合でも、接着剤が周方向に不均一に塗布されることに起因する接着剤の硬化及び収縮による応力が不均一に、ロータマグネットを固定するロータフランジ部に作用することとなる。そのため、ロータハブのフランジ部が変形してしまう。フランジ部が変形すると、そのフランジ部に載置されるハードディスクの平行度が失われてＲＲＯが悪化する。このＲＲＯの悪化によって、ハードディスクの記録面とこれに近接配置された磁気ヘッドが接触するいわゆるヘッドクラッシュが発生してしまう場合がある。
【００６０】
これに対して、本発明では、ステンレス鋼よりなるヨーク２１を準備し、その内周面にロータマグネット２０を接着固定する。その後このヨーク２１を、ロータ６のロータ周壁部１８ｂの内周面に圧入接着した後、ロータ６のフランジ部１８ｃを切削によって仕上げ加工を行う。このため、接着剤の硬化及び収縮の不均一に起因する応力は、ヨーク２１により吸収されるため、ロータ周壁部１８ｂへの悪影響を回避できる。加えて、ヨーク２１をロータハブ１８のロータ周壁部１８ｂの内周面に固定することにより、半径方向寸法が薄いロータハブのロータ周壁部１８ｂの剛性を高めることができる。従って、モータの回転時、ロータ周壁部１８ｂに遠心力等の過度の力が加わったとしても、その力によるロータ周壁部１８ｂの撓み及び変形を防ぐことができる。また、シャフト１６及びロータハブ１８をアルミニウム等によって成形したため、加工性が高く、容易に高精度な加工を行うことが可能になるので、加工コストを低減することができる。なお、前述のロータ６の製造方法を行った後、例えばシャフト１６の外周面やロータハブ１８の上壁部１８ａの下面にメッキ処理、或いは窒化処理等の硬化処理を行うことも可能である。
【００６１】
＜スピンドルモータの組立て方法＞
次に、本発明のモータの組立て方法について図２、図３及び図４を参照して説明する。
【００６２】
まず、軸受ハウジング１０の内周面に周方向に形成された接着溝１０ｂに接着剤を塗布する。そして、スリーブ１２を軸受ハウジング１０の軸方向下方から上方に挿入して固定する。このとき、接着剤は、スリーブ１２により摺れるが、接着溝１０ｂ内に収容されているため、例えば接着剤の塗布位置、塗布量等が不均一となっても、接着溝１０ｂより軸方向上方に移動することを防止することができる。
【００６３】
また、接着溝１０ｂを設けることにより、軸受ハウジング１０とスリーブ１２との締結強度を強固にすることができるため、外部からの衝撃等に対する強度を得ることができる。従って、モータが小型・薄型化しても、軸受ハウジング１０とスリーブ１２とを強固に固定できる。
【００６４】
なお、接着剤をスリーブ１２の外周面に塗布しても良く、またスリーブ１２の外周面及び軸受ハウジング１０の内周面の両方に塗布しても良い。また、接着溝は、軸受ハウジング１０の内周面の数カ所に形成してもよい。加えて、接着溝は、スリーブ１２の内周面に軸方向に伸びる縦溝として形成してもよい。
【００６５】
次に、シャフト１６の中央部に設けられた貫通孔にスラストプレート２２を嵌挿して接着剤によって固定する。そして、カウンタープレート１４を軸受ハウジング１０に嵌挿して軸受ハウジング１０の下部を閉塞させる。なお、このとき、軸受ハウジング１０の下端面１０ｃとカウンタープレート１４の下面１４ａとは同一平面上に配置させる。
【００６６】
次に、治具（不図示）でロータハブ１８を保持し、この状態で治具を低速一定速度で回転させる。そして、治具が回転している状態において、軸受ハウジング１０とカウンタープレート１４の外周面との当接部４０に、その当接部４０の軸方向上方に照射口５０を有するレーザ装置から指向性エネルギービームとしてレーザを照射して、当接部４０を周方向に溶接する。このレーザ溶接は他の溶接、例えばアーク溶接や抵抗溶接等に比べて、少ない印加エネルギーで高い締結強度を得ることができる。加えて真空装置を必要としないことから取り扱いも容易であり、且つビームの良好な指向性により狭い範囲で強固な溶接を可能にしている。
【００６７】
このようにカウンタープレート１４を軸受ハウジング１０にレーザを照射して溶接固定することにより、接着剤等の固定手段に比べ、部材間の高い締結強度を得ることができ、より強固に固定することができる。従って、カウンタープレート１４の軸方向寸法を薄く形成することができるため、スピンドルモータの全体の厚みをより一層小型・薄型化することができる。
【００６８】
また、レーザ溶接を用いることにより、軸受ハウジング１０とカウンタープレート１４とを熱膨張係数の異なる部材から形成しても、安定した締結強度を得ることができる。また、レーザを当接部４０に対し周方向に照射して溶接することにより、当接部４０からオイルが飛散することを防止できる。
【００６９】
また、軸受ハウジング１０の下部内周面には、下部内周面から半径方向外方に窪む凹部１０ｄが形成されている。凹部１０ｄは、スラストプレート２２と半径方向に対向している。レーザ溶接時に発生する歪みは、凹部１０ｄにより吸収されるので、レーザ溶接により軸受ハウジング１０の下端部内周面が溶接時の熱で変形して、スラストプレート２２の外周部に当接することを防止している。従って、軸受ハウジング１０とカウンタープレート１４との接合工程の効率を向上させている。
【００７０】
なお、溶接は高温のエネルギー印加を伴うため、溶接部位を冷却する手段として冷却用流体であるアルゴンガスを溶接時に供給して冷却している。この冷却用流体は、カウンタープレート１４等の金属表面との反応性が低い物質であり、ガス状であることが望ましい。冷却用流体としては、冷却効率の高いヘリウムや窒素などを使用することもできる。また、ロータハブ１８を回転させたが、照射口５０を周方向に回転させてレーザ溶接を行ってもよい。
【００７１】
次に、オイルをキャピラリーシール部３４を介して軸受部が構成される一連の微小間隙に充填する。そして、ステータ８が固定されたブラケット２を軸受ハウジング１０に固定する。
【００７２】
＜ハードディスク駆動装置４０の構成＞
次に、一般的なハードディスク駆動装置６０の内部構成について、図５を参照して説明する。
【００７３】
ハードディスク駆動装置６０は、矩形状をしたハウジング４２からなり、ハウジング４２の内部は、塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部には、情報を記録する円板状のハードディスク４６が装着されたスピンドルモータ４４が配設されている。
【００７４】
また、ハウジング４２の内部には、ハードディスク４６に対して情報を読み書きするヘッド移動機構５４が配置され、このヘッド移動機構５４は、ハードディスク４６上の情報を読み書きする磁気ヘッド５２、この磁気ヘッド５２を支えるアーム７０及び磁気ヘッド５２及びアーム７０をハードディスク４６上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部４８により構成される。
【００７５】
このようなハードディスク駆動装置６０のスピンドルモータ４４として、図１乃至図４に図示されるスピンドルモータを適用することで、十分な機能を確保した上でハードディスク駆動装置の小型且つ薄型化を実現できると共に、信頼性並びに耐久性の高いハードディスク駆動装置を提供することができる。
【００７６】
以上、本発明に従うスピンドルモータ、このスピンドルモータに適用されるロータの製造方法、及びこのスピンドルモータを備えたハードディスク駆動装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００７７】
例えば、図示の実施形態の動圧軸受の構造に限定されず、溝の形状や個数、位置、さらには潤滑流体の種類も上記実施形態と異なっていてもよい。また、スピンドルモータのブラケットをハードディスク駆動装置のハウジングと一体成形してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る要部拡大断面図である。
【図３】本発明のスリーブ及び軸受ハウジング並びにシャフトの上端面を示す断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態の溶接工程を示す断面図である。
【図５】本発明の記録ディスク駆動装置を示す縦断面図である。
【図６】従来のスピンドルモータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０    軸受ハウジング
１２    スリーブ
１６    シャフト
１８    ロータハブ
１８ａ  上壁部
１８ｂ  ロータ周壁部
１８ｃ  フランジ部
１８ｄ  周状突起
２４    上部ラジアル動圧軸受部
２６    下部ラジアル動圧軸受部
２８    上部スラスト動圧軸受部
３０    下部スラスト動圧軸受部
３４    テーパシール部
【図１】
2006038211.tif 000003
【図２】
2006038211.tif 000004
【図３】
2006038211.tif 000005
【図４】
2006038211.tif 000006
【図５】
2006038211.tif 000007
【図６】
2006038211.tif 000008