(57)【要約】  ステータ、ロータ及び流体動圧軸受装置を備え、流体動圧軸受装置がロータを回転自在に支持するハードディスクドライブ用スピンドルモータの製造方法において、本発明により、流体動圧軸受装置が予め組み立てられ、予め組み立てられた状態でロータ又はステータに回転不能に結合される。
2005514892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（１５）、ロータ（１１）及び流体動圧軸受装置（１３）を備え、前記流体動圧軸受装置（１３）が前記ロータ（１１）を前記ステータ（１５）に対して相対的に回転自在に支持する、モータ、特にハードディスクドライブ用スピンドルモータの製造方法において、前記流体動圧軸受装置（１３）が予め組み立てられ、その予め組み立てられた状態で前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）に回転不能に組み込まれることを特徴とするモータの製造方法。
【請求項２】
前記流体動圧軸受装置は、少なくとも一つの軸受面（３８）を有する軸受スリーブ（３７）を備え、前記流体動圧軸受装置がスピンドルモータ（３）の前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）に組み込まれる前に、軸受スリーブ（３７）内に、流体動圧ラジアル軸受を形成するための溝（４０）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記流体動圧軸受装置は、軸受スリーブ（３７）の端面を閉鎖するカウンタープレート（４１）、及び、モータ軸（３５）に装着されたスラストワッシャ（４７）を備え、前記カウンタープレート（４１）と前記スラストワッシャ（４７）との間に流体動圧スラスト軸受を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
予め組み立てられた前記流体動圧軸受装置（１３）は、前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）に接着されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ガス放出特性の弱い接着剤が用いられることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記流体動圧軸受装置（１３）と前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）との間の回転不能の組立部分に中継嵌合部が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記流体動圧軸受装置（１３）は、その組み込み前に機能性について検査されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
モータ軸（３５）を前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）に組み込む前に予め組み立てられた軸受スリーブ（３７）内に前記モータ軸（３５）が装入されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記流体動圧軸受装置（１３）は、特にハードディスクドライブの基板（２１）の一部である前記ステータ（１５）に回転不能に組み立てられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ロータ（１１）のロータハブ（３１）は、前記流体動圧軸受装置（１３）によって支持された前記モータ軸（３５）に回転不能に結合され、次に、前記ロータハブ（３１）、前記モータ軸（３５）及び前記軸受スリーブ（３７）を備えたユニットが、前記ステータ（１５）に組み込まれることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
ロータ（１１）、ステータ（１５）及び流体動圧軸受装置（１３）を備え、前記流体動圧軸受装置（１３）が前記ロータ（１１）を前記ステータ（１５）に対して相対的に回転自在に支持しているハードディスクドライブ用スピンドルモータにおいて、前記流体動圧軸受装置（１３）が前記ロータ（１１）又は前記ステータ（１５）に回転不能に接着されていることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項１２】
前記流体動圧軸受装置（１３）が軸受スリーブ（３７）を備え、前記軸受スリーブ（３７）の外面に前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）が回転不能に装着されていることを特徴とする請求項１１に記載のスピンドルモータ。
【請求項１３】
前記軸受スリーブ（３７）は軸受内面（３８）を有し、前記軸受内面（３８）内に流体動圧ラジアル軸受を形成するための溝が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のスピンドルモータ。
【請求項１４】
前記流体動圧軸受装置は、前記軸受スリーブ（３７）の端面を閉鎖するカウンタープレート（４１）、及び、モータ軸（３５）に装着されたスラストワッシャ（４７）を備え、前記カウンタープレート（４１）と前記スラストワッシャ（４７）との間に流体動圧スラスト軸受が構成されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のスピンドルモータ。
【請求項１５】
前記流体動圧軸受装置（１３）は、前記軸受スリーブ（３７）内に回転自在に支持されたモータ軸（３５）を備え、前記モータ軸（３５）は、前記流体動圧軸受装置の組立前に前記軸受スリーブ（３７）内で前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）に装着されていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１６】
前記流体動圧軸受装置（１３）と前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）との間に中継嵌合部が設けられていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１７】
前記流体動圧軸受装置（１３）又は前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）の少なくとも一つの接着結合面に溝（５５）が形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載のスピンドルモータ。
【請求項１８】
請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載のスピンドルモータを備えたハードディスクドライブ。
【請求項１９】
ステータ（１５）、ロータ（１１）及び流体動圧軸受装置（１３）を備え、前記流体動圧軸受装置（１３）が前記ロータを前記ステータに対して相対的に回転自在に支持している、モータ、特にハードディスクドライブ用スピンドルモータ用の流体動圧軸受装置において、前記流体動圧軸受装置（１３）は、流体動圧ラジアル軸受及び流体動圧スラスト軸受を備え、前記ステータ（１５）又は前記ロータ（１１）に組み込まれ得る機能ユニットを形成していることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２０】
前記流体動圧ラジアル軸受を形成するための溝（４０）が形成された軸受面（３８）を有する軸受スリーブ（３７）を備えたことを特徴とする請求項１９に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２１】
前記軸受スリーブ（３７）の端面を閉鎖するカウンタープレート（４１）、及び、モータ軸（３５）に装着されたスラストワッシャ（４７）を備え、前記カウンタープレート（４１）と前記スラストワッシャ（４７）との間に前記流体動圧スラスト軸受が構成されていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の流体動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モータの製造方法、特に請求項１の前段に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータの製造方法、及び、電気モータ、特に請求項１０の前段に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータに固定されたモータ軸が流体動圧軸受装置を介して支持される、データ記憶用ハードディスクドライブ等のパーソナルコンピュータ構成部品として用いられるスピンドルモータは公知である。従来の技術による流体動圧軸受装置は、例えば、一端がカウンタープレートによって閉鎖される軸受スリーブを備えている。軸受スリーブの内部には、流体、特に油によって包囲されるモータ軸が配置されている。軸受スリーブの内面又はモータ軸の外面には、軸受流体動圧を発生するために用いられる一つ又は複数の溝が形成されている。
【０００３】
流体動圧軸受装置を製造するために、従来の技術においては、先ず、軸受スリーブがステータフランジの中心貫通孔内に圧入される。次に、軸受の機能上必要な寸法精度、円筒度、及び、軸受スリーブの軸受面の直角度を保証するために、軸受スリーブの軸受貫通孔が、圧入による変形、特に回転や滑動による圧入の変形に基づいて後処理加工される。最後に、流体を満たして完成された軸受内にモータ軸の安定した同心支持のために必要な軸受流体動圧を発生するための一つ又は複数の溝が軸受面に形成される。
【０００４】
軸受スリーブ及びステータフランジに対しては、通常、異なる材料が用いられる。両構造部分は、温度変化を生じたとき、膨張度が大きく異なることがある。ステータフランジと軸受スリーブとの圧入結合に基づいて、膨張変化がモータ軸と軸受スリーブとの間に必要な軸受間隙の大きさに直接的に影響を及ぼす。理想的な軸受間隙の大きさからずれを生ずると、システムの振動挙動及び回転精度にとって必要な軸受剛性が影響を受ける。理想的な軸受間隙寸法から大きくずれ過ぎると、システムが全体として故障に至ることがある。
【０００５】
さらに、ステータ支持体として機能する、非回転対称基板を有するハードディスクドライブが存在する。そのような基板に結合された軸受スリーブの加工処理は、製造技術的にほとんど実施不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、種々のタイプのスピンドルモータを容易かつ安価に製造し、組み立て得るハードディスクドライブ用スピンドルモータの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の特徴によって解決される。その場合、流体動圧軸受装置は、スピンドルモータの対応する構造部分、即ち、ステータ又はロータに回転不能に結合される前に、予め独立に組み立てられる。このようにして、比較的多くの部品数を含む同一構造の流体動圧軸受装置を予め組み立て、これを種々のモータに組み込むことができる。さらに、ステータフランジ、基板、又は、同様の部品に未だ組み込まれない状態で、流体動圧軸受装置の軸受スリーブの高い寸法精度の加工処理が製造技術的に相当に簡易化される。後に軸受スリーブの変形を引き起こし、軸受スリーブの補充の加工処理を必要とすることになる圧入処理がもはや不要になる。
【０００８】
本発明の特別な利点は、完成状態の流体動圧軸受装置が、ラジアル軸受及びスラスト軸受を含めて、モータ内への最終組み込みの前に既に機能的に完成されて然るべき検査を終了させることができるように予め組み立てられることにある。
【０００９】
好ましくは、予め組み立てられた流体動圧軸受装置は、スピンドルモータの対応する構造部分に接着される。そのために用いられる接着剤としては、特にデータ記憶装置の場合、ガス放出特性の弱いものが適してしている。スピンドルモータの流体動圧軸受装置とそれに対応する構造部分との間には、中継嵌合部を設けることができる。このようにして、ロータの回転軸心と軸受スリーブの軸心との間の正確な位置決めを実現することができる。なぜなら、中継嵌合部と対応する接着剤との組み合わせによって、軸受スリーブがロータ又はステータに関して、組み込み後でも正確に整列可能になるという意味において高度の組立自由度が得られるからである。予め組み立てられた流体動圧軸受装置は、高精度の組立工具を用いることによって、組立フランジ又は基板内にほとんどゼロの組立誤差をもって装着することができる。
【００１０】
好ましくは、流体動圧軸受装置は、先ずモータ軸を流体動圧軸受装置内に装入し、モータ軸と軸受スリーブとの間に軸受油を充填してから、スピンドルモータの対応する構造部分に結合される。このようにして、組立完成の前に流体動圧軸受装置の予め組み立てられた構造部分の機能検査を実施することが可能になる。
【００１１】
好ましい構成においては、ロータハブが、先ず、流体動圧軸受装置の軸受スリーブによって支持されたモータ軸に回転不能に結合される。次に、ロータハブ、モータ軸及び流体動圧軸受装置を備えた構造ユニットがステータに組み込まれる。この製造方法によれば、スピンドルモータを対応する流体動圧軸受に装着するに際して高度な融通性が得られる。
【００１２】
本発明の課題は、さらに、公知のスピンドルモータに対してその機能性に関して劣ることなく、製造技術的に容易に実施することができる、ハードディスクドライブ用スピンドルモータを提供することである。この課題は、請求項１０に記載の特徴によって解決される。
【００１３】
本発明に係るモータは、多くの部品数のもとにおいても経済的な製造を可能にする。というのは、流体動圧軸受装置の組立完了状態での軸受面の加工処理を回避することができるからである。ステータが非回転対称の基板に装着されるスピンドルモータにおいては、特に、圧入された軸受スリーブの軸受面の後処理加工に製造技術的に非常に大きなコストがかかるものである。軸受スリーブを基板の高精度の中心貫通孔内に結合することによって、特に、中継嵌合部を設けることによって、軸受スリーブの寸法が組み立てによって変化させられることがなく、そのため後処理加工が不要になる。
【００１４】
本発明の他の利点、特徴及び特性は、本発明によって製造される、添付図面に示されるスピンドルモータの好ましい実施の形態についての以下の記載から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示す底面とは反対側に設けられているハードディスクドライブ１の内側のほぼ中央にスピンドルモータ３が配置されており、ここには、その回転軸心が符号Ｒにより示されている。図１には、明示されていないスピンドルモータ３のロータには少なくとも１枚のデータ記憶ディスクが取り付けられている。このデータ記憶ディスクは、スピンドルモータ３によって回転させられ、ディスク上にわずかな間隔で導かれる書込み／読取りヘッドが、対応するデータをデータ記憶用ディスクに書き込んだり、そこから読み取ったりすることができる。
【００１６】
図２は、本発明に係るスピンドルモータ３を示すものである。図３には、ロータ１１が流体動圧軸受装置１３とともに、また、図４には、ステータ１５がそれぞれそれらの組み込み前の状態で示されている。
【００１７】
ステータ１５は、ステータコイル１９を巻装したステータ鉄心１７を備えている。ステータ鉄心１７は、基板２１に接着剤によって固定されている。ステータ１５は、基板２１の環状凹陥部２３内に収容されている。
【００１８】
ステータ１５は、環状のロータ駆動磁石２５によって包囲されているが、ロータ駆動磁石２５からは同心状の磁気空隙を介して分離して配置されている。ロータ駆動磁石２５は、磁束帰路用ヨークとして構成された磁石収納リング２７内に保持されている。磁石収納リング２７は、ロータハブ３１内に嵌め込まれた係止リング２９にこれを圧入する形態で固定されている。ロータハブ３１は、モータ軸３５の駆動側端部３３上にこれを圧入する形態で固定されている。モータ軸３５は、回転軸心Ｒを中心として回転するための流体動圧軸受装置１３の軸受スリーブ３７を貫通して延在している。軸受スリーブ３７は、安定した軸受油の分配を行うための溝４０を有する軸受内面３８、及び、流体動圧軸受装置１３内に必要な軸受流体圧力を発生するための構造部を備えている。
【００１９】
軸受スリーブ３７は、その終端部３９が軸受スリーブ３７の内側係止部４３に圧入されたカウンタープレート４１によって閉鎖されている（図５も参照）。半径方向内側に向かって段付けされたもう一つの係止部４５にスラストワッシャ４７が圧入されている。カウンタープレート４１及びスラストワッシャ４７は付加的に接着してもよい。
【００２０】
軸受スリーブ３７の軸受内面３８に溝４０を形成することによって、放射方向に流体動圧が作用してモータ軸３５を運転中に放射方向に安定させる流体動圧軸受が形成される。そのため、軸受内面３８に、一つ、又は、軸方向に間隔をおいて複数の溝が設けられる。この溝は、軸受内面３８の代わりに、モータ軸３５の外表面上に形成してもよい。溝は、例えば、渦巻き、正弦曲線、魚の骨状の形態を単独に又は適宜組み合わせて採用することができる。
【００２１】
本発明に係る流体動圧軸受においては、カウンタープレート４１と、スラストワッシャ４７即ち圧力リングとの間に流体動圧スラスト軸受がさらに形成される。そのため、カウンタープレート４１及びスラストワッシャ４７の互いに対向する両表面のいずれか一方、又は、軸端に、流体動圧軸受にとって必要な軸受流体圧力を形成するのに役立つ同様の溝を形成することができる。
【００２２】
以上のようにして、溝により放射方向及び軸方向に軸受圧力が形成され、流体動圧軸受の相対的に互いに回転する構造部品間の運転中の材料接触を回避することができる。運転の都度、軸の外径部及び軸受スリーブの内面の少なくとも一方に軸の長さ方向に沿って形成された溝によって一つ又は二つのラジアル軸受が形成される。
【００２３】
モータ軸３５と軸受スリーブ３７の内面との間には、円錐形状に先細となる同心的な環状の自由空間５７が形成され、それは、キャピラリ環状空隙を介してモータ軸３５と軸受スリーブ３７との間の軸受間隙５９に連通し、いわゆる軸受間隙のキャピラリシールを形成する。この種の「キャピラリシール」の原理は、例えば、米国特許第５６６７３０９号明細書に記載されている。円錐状の自由空間５７は、膨張室及びリザーバを形成し、それは、温度上昇の際に流体レベルが上昇したとき軸受間隙５９に連通して軸受流体を導入することができる。こうすることによって、軸受間隙５９から軸受流体が流出してしまう事態を防止することができる。
【００２４】
円錐状の環状自由空間５７は、軸受スリーブ３７の中央開口の内面の面取り部、又は、モータ軸３５の先細形状によって形成することができる。
【００２５】
基板２１には貫通孔４８が設けられ、この貫通孔４８内を案内される絶縁リード線を介してステータ１５が電源端子５０に接続される。
【００２６】
図３及び図４は、スピンドルモータ３の製造のための組立順序を説明するものである。先ず、軸受装置１３、モータ軸３５及びロータ１１を備えた構造ユニット４９（図３）を予め組み立て、その後、基板２１に形成された中心貫通孔５１内に構造ユニットを装着し固定する。中心貫通孔５１及び軸受スリーブ３７の組立面５３は、嵌合によって作られる。軸受スリーブ３７と中心貫通孔５１との間の相対回転の不能な結合関係を確実なものとするために、組み立ての前に各組立面５３に接着剤を塗布しておく。軸受スリーブ３７と中心貫通孔５１との間に必要な接着結合の強度を確保するためには、接着材塗布のために十分な空間が存在し、被接着面の可能な限り全面に接着剤が塗布されるようにしなければならない。ところが、接着剤のための空間は、要求される組立精度のためにできるだけ小さく保持されなければならない。接着剤のための必要な空間を確保するために、組立面５３に溝５５を形成し、軸受スリーブ３７の組立時にそこに接着剤が流れ込み、それにより接着結合の必要な強度を保証する。
【００２７】
軸受スリーブ３７と基板２１との間の接着結合に基づいて、モータ軸３５、中心貫通孔５１及びロータ駆動磁石２５に対する軸受スリーブ３７の正確な位置決めを達成することができる。
【００２８】
次に、スピンドルモータ３の好ましい製造方法を詳細に説明する。  
１．  ステータ１５を基板２１の環状凹陥部２３内に固定する。  
２．  正確な軸受寸法を有する軸受スリーブ３７を製造する。  
３．  軸受スリーブ３７の軸受内面３８に溝４０を形成する。  
４．  モータ軸３５の一端にスラストワッシャ４７を、特に圧入によって、固定する。  
５．  モータ軸３５を軸受スリーブ３７内に装着する。  
６．  軸受スリーブ３７の一端をカウンタープレート４１により閉鎖する。  
７．  モータ軸３５と軸受スリーブ３７の軸受内面３８との間の軸受間隙に流体を充填する。  
８．  ロータ駆動磁石２５及び磁石収納リング２７を備えたロータ１１を用意する。  
９．  ロータハブ３１とモータ軸３５との間に軸ハブ結合部を作製する。  
１０．  ロータ１１、モータ軸３５及び軸受装置１３を備えた構造ユニット４９の機能検査を行う。  
１１．  軸受スリーブ３７及び基板２１の組立面５３即ち結合面に接着剤を塗布する。  
１２．  基板２１に形成された組立用中心貫通孔５１内に構造ユニット４９を装着する。
【００２９】
本発明に係る流体動圧軸受装置の詳細図が、モータ軸３５、軸受スリーブ３７、カウンタープレート４１及びスラストワッシャ４７を含むプレハブ構造の完結した流体動圧軸受装置１３として、図５に一層明瞭に示されている。軸受内面３８には、既に述べたように、流体動圧ラジアル軸受を構成するための溝が設けられている。さらに、カウンタープレート４１及びスラストワッシャ４７の互いの対向面の一方又はモータ軸３５の端面に、軸方向流体動圧軸受を構成するための溝構造が構成される。スラストワッシャ４７及び軸受スリーブ３７の互いの対向面の一方にも符号６１で図示した他の溝を形成することができる。以上によって、モータ軸３５の両軸方向におけるスラスト荷重を受け止めることができる流体動圧スラスト軸受が構成される。
【００３０】
図５には、さらに、スラストワッシャ４７に形成された中心貫通孔６３が示されている。この中心貫通孔６３は、軸受間隙５９とモータ軸３５の端面との間の軸受流体の循環を容易にする。
【００３１】
特に、図５及び図３から明らかなように、本発明に係る流体動圧軸受装置は、流体動圧ラジアル軸受及び流体動圧スラスト軸受の両者を含み、それ自体完結された流体動圧軸受を形成している。この流体動圧軸受は、図３に示されているように、予め組み立てられた状態で機能的に完結しており、その予め組み立てられた状態で機能検査を実施することができる。このことは、検査前に軸受がモータ内に組み込まれていなくてもよいという相当な利点をもたらすものである。それにより、軸受に欠陥があった場合でも、余分な組立コスト及び余分で無用の傷物商品を排除することができる。
【００３２】
以上の説明、図面及び特許請求の範囲に開示した構成部分は、本発明の実施のために単独でも任意の組合せでも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るスピンドルモータを備えたハードディスクドライブの基板の底面図である。
【図２】本発明に係るスピンドルモータの縦断面図である。
【図３】軸受装置及びロータを備えたユニットの縦断面図である。
【図４】ステータの縦断面図である。
【図５】本発明に係る図２の軸受装置の詳細を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ハードディスクドライブ
３  スピンドルモータ
１１  ロータ
１３  流体動圧軸受装置
１５  ステータ
１７  ステータ鉄心
１９  ステータコイル
２１  基板
２３  環状凹陥部
２５  ロータ駆動磁石
２７  磁石収納リング
２９  係止リング
３１  ロータハブ
３３  駆動側端部
３５  モータ軸
３７  軸受スリーブ
３８  軸受内面
３９  軸受スリーブの終端部
４０  溝
４１  カウンタープレート
４３  内側係止部
４５  段付き内側係止部
４７  スラストワッシャ
４８  貫通孔
４９  構造ユニット
５０  電源端子
５１  中心貫通孔
５３  組立面
５５  溝
５７  自由空間
５９  軸受間隙
６１  溝付き表面
６３  中心貫通孔
Ｒ  回転軸心
【図１】
2005514892.tif 000003
【図２】
2005514892.tif 000004
【図３】
2005514892.tif 000005
【図４】
2005514892.tif 000006
【図５】
2005514892.tif 000007
【国際調査報告】
2005514892.tif 000008
2005514892.tif 000009
2005514892.tif 000010
2005514892.tif 000011