(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  ベースと、中空部が形成されたスリーブと、このスリーブの中空部に回転可能に設けられるシャフトと、このシャフトの上部に固定されるハブとを備え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、前記シャフトの外周面にシャフトの半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝をヘリングボーン状に形成し、各溝は、その一側面に前記溝の底面部に対して傾斜する傾斜部を有している。【選択図】      図３
2004254492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子が設けられたベースと、
前記ベースに固設され、中空部が形成されたスリーブと、
前記スリーブの中空部に回転可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトの上部に固定され、前記固定子に対応する回転子が設けられたハブとを備え、
前記シャフトの外周面には前記シャフトの半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝がヘリングボーン状に形成されており、前記各溝は、その一側面に前記溝の底面部に対して傾斜する傾斜部を有していることを特徴とするハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項２】
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ベアリング間隔が形成されており、前記ベアリング間隔に空気が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項３】
前記シャフトの下端部から延設されたスラストフランジをさらに備え、
前記スラストフランジの上下面のそれぞれに前記シャフトの軸方向に流体動圧を発生させるための多数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項４】
前記シャフトの下端部から延設されたスラストフランジをさらに備え、
前記スラストフランジの上下面のそれぞれに前記シャフトの軸方向に流体動圧を発生させるための多数の溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項５】
前記シャフトの材質がセラミックであることを特徴とする請求項１に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項６】
前記シャフトの材質がセラミックであることを特徴とする請求項２に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項７】
前記セラミックがアルミナまたはジルコニアであることを特徴とする請求項５に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項８】
前記セラミックがアルミナまたはジルコニアであることを特徴とする請求項６に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項９】
前記スリーブの材質がセラミックであることを特徴とする請求項５に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項１０】
前記スリーブの材質がセラミックであることを特徴とする請求項６に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項１１】
固定子が設けられたベースと、
前記ベースに固設され、中空部が形成されたスリーブと、
前記スリーブの中空部に回転可能に設けられたシャフトと、
前記シャフトの上部に固定され、前記固定子に対応する回転子が設けられたハブとを備え、
前記スリーブの内周面には前記シャフトの半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝がヘリングボーン状に形成されており、前記各溝は、その一側面に前記溝の底面部に対して傾斜する傾斜部を有していることを特徴とするハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項１２】
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ベアリング間隔が形成されており、前記ベアリング間隔に空気が充填されていることを特徴とする請求項１１に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項１３】
前記スリーブの材質がセラミックであることを特徴とする請求項１１に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項１４】
前記スリーブの材質がセラミックであることを特徴とする請求項１２に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項１５】
前記セラミックがアルミナまたはジルコニアであることを特徴とする請求項１３に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項１６】
前記セラミックがアルミナまたはジルコニアであることを特徴とする請求項１４に記載のハードディスク用スピンドルモータ。
【請求項１７】
前記シャフトの材質がセラミックであることを特徴とする請求項１３に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【請求項１８】
前記シャフトの材質がセラミックであることを特徴とする請求項１４に記載のハードディスクドライブ用スピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスクドライブ用スピンドルモータに関し、特に摩擦損失を低減することが可能で、且つ、温度によるベアリング剛性の変化を最小限に抑えることが可能な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】
スピンドルモータは、レーザプリンタ用レーザビームスキャナモータ、ハードディスクドライブ用モータ、ＣＤ(Compact  Disk)やＤＶＤ(Digital  Versatile  Disk)のような光ディスクドライブ用モータ等に広く使用されている。ハードディスクドライブに使用されるスピンドルモータには、高速の駆動力が要求されることから、駆動負荷が少ない流体動圧ベアリングが一般に使用されている。
【０００３】
図１は従来の流体動圧ベアリングを適用したスピンドルモータの一例であり、特許文献１に開示されたスピンドルモータを示した図面である。
【０００４】
図１に示すように、スピンドルモータは、ベース１１とスリーブ１３とを備える。ベース１１の中心部にはシャフト１５が固設されており、スリーブ１３にはシャフト１５が挿入される中空部が形成されている。また、ベース１１には電磁力を発生させるためのコイル１２が設けられており、スリーブ１３にはコイル１２に対応する磁石１４が設けられている。
【０００５】
シャフト１５の外周面とスリーブ１３の内周面との間には、ベアリング間隔が形成されており、このベアリング間隔には潤滑油やグリース等の流体が充填されている。
【０００６】
スリーブ１３の内周面には、多数の溝２０がヘリングボーン状に形成されている。この溝２０は、スリーブ１３が回転する間、流体動圧を発生させてシャフト１５の半径方向にスリーブ１３を回転自在に支持するためのものであり、スリーブ１３の内周面の上部および下部の各々に形成されている。ここで、図２に示すように、溝２０の断面は、長方形である。
【０００７】
一方、図面には示されていないが、シャフト１５の上部に形成されたフランジ２５の上面および下面と向き合うスリーブ１３の内周面にも多数の溝が形成されている。この溝は、スリーブ１３が回転する間、流体動圧を発生させてシャフト１５の軸方向にスリーブ１３を回転自在に支持するためのものである。
【０００８】
前記のようなスピンドルモータが１インチマイクロハードディスクドライブに適用されると、流体動圧ベアリングに使用される流体の漏れを防止するためのシーリング設計により構造が複雑になり、さらには、流体動圧ベアリングに使用される流体の粘性摩擦力による摩擦損失が大きくなる。したがって、バッテリにより駆動されるマイクロドライブの消費電力が大きく、使用時間が減る。
【０００９】
また、流体動圧ベアリングに使用される粘性流体の特性は、熱により大きく変化するので、スピンドルモータに係るベアリングの剛性が大きく変化する。したがって、流体動圧ベアリングが適用されたマイクロドライブシステムの特性は、熱により大きく変化することになり、それ故に、このシステムが不安定になる恐れがある。実際、ハードディスクドライブの作動時に発生する熱により、常温中に存在するハードディスクドライブの内部温度は最高８０℃まで上昇する。特に、マイクロドライブの場合には、流体動圧ベアリングに使用される流体の量が非常に少ないので、高温下における流体の粘性力の低下による液漏れと気化現象等により潤滑流体の量が減少する可能性が高い。こうした現象が発生すると、ベアリング部分に十分に潤滑流体が充填されなかったり、あるいはベアリング部分に気泡が発生し、流体動圧ベアリングの特性が不安定になる。これは流体動圧ベアリングに支持されるスピンドルモータの回転特性を不安定にする原因になる。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５７２２７７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の技術的課題は、摩擦損失を低減し、温度によるベアリングの剛性変化を最小限にするために潤滑剤として空気を使用するハードディスクドライブ用スピンドルモータであって、潤滑剤として空気が使用される場合に要求される強度と負荷容量が不足するという問題を解決すべくシャフトの外周面に形成する溝の形状を変化させた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ところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような技術的課題を達成するために本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、固定子が設けられたベースと、前記ベースに固設され、中空部が形成されたスリーブと、前記スリーブの中空部に回転可能に設けられたシャフトと、前記シャフトの上部に固定され、前記固定子に対応する回転子が設けられたハブとを備え、前記シャフトの外周面には前記シャフトの半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝がヘリングボーン状に形成されており、前記各溝は、その一側面に前記溝の底面部に対して傾斜する傾斜部を有していることを特徴とする。
【００１３】
また、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ベアリング間隔が形成されており、前記ベアリング間隔に空気が充填されていることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記ハードディスクドライブ用スピンドルモータは、前記シャフトの下端部から延設されたスラストフランジをさらに備え、前記スラストフランジの上下面のそれぞれに前記シャフトの軸方向に流体動圧を発生させるための多数の溝が形成されていることが望ましい。
【００１５】
また、前記シャフトの材質がセラミックであることが望ましく、前記セラミックがアルミナまたはジルコニアであることが望ましい。また、前記スリーブの材質がセラミックであることが望ましい。
【００１６】
一方、本発明に係る他のハードディスクドライブ用スピンドルモータは、固定子が設けられたベースと、前記ベースに固設され、中空部が形成されたスリーブと、前記スリーブの中空部に回転可能に設けられたシャフトと、前記シャフトの上部に固定され、前記固定子に対応する回転子が設けられたハブとを備え、前記スリーブの内周面には前記シャフトの半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝がヘリングボーン状に形成されており、前記各溝は、その一側面に前記溝の底面部に対して傾斜する傾斜部を有していることを特徴とする。
【００１７】
また、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ベアリング間隔が形成されており、前記ベアリング間隔に空気が充填されていることが望ましい。
【００１８】
さらに、前記スリーブの材質がセラミックであることが望ましく、前記セラミックがアルミナまたはジルコニアであることが望ましい。また、前記シャフトの材質がセラミックであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは次のような効果を有する。
第一に、比較的粘性の低い空気がベアリング間隔に充填される潤滑流体として使用されていることから、摩擦損失を減少させることができ、加えて、摩擦熱によるベアリング特性の変化を最小限にすることができる。
【００２０】
第二に、傾斜部を含む多数の溝がヘリングボーン状に形成されていることから、ヘリングボーン状としたことによる流体のポンピング効果と傾斜部による楔効果とを同時に得ることができる。これにより、大きな負荷容量および剛性を得ることができ、回転安定性も確保できる。
【００２１】
第三に、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、温度変化により発生するベアリング剛性の変化が小さいので、これによるモータの固有周波数の変化も小さくなる。したがって、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、作動温度による回転精度に対する信頼性が既存のハードディスクドライブ用スピンドルモータより高い。
【００２２】
第四に、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、ベアリングの摩擦損失が既存の流体動圧ベアリングを使用したハードディスクドライブ用スピンドルモータに比べて顕著に小さいので、消費電力が非常に小さくなるという長所がある。したがって、本発明に係るスピンドルモータは、主にモバイル用として使用され、特に、低電力消費が要求される１インチマイクロハードディスクドライブに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付した図面に基づき本発明に係る望ましい実施例を詳細に説明する。図面で同一な参照符号は同一な構成要素を指称し、図面上で各構成要素のサイズは説明の明瞭性のために便宜上誇張されていることがある。
【００２４】
図３に示すように、本実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、ベース１００、スリーブ１０２、シャフト１１０およびハブ１２０を備える。ベース１００の両側には、コアとコイルとを備える固定子１０４が設けられている。スリーブ１０２は、ベース１００上に固設されており、その中央部にはシャフト１１０を挿入するための中空部が形成されている。シャフト１１０は、スリーブ１０２の中空部の内部に回転可能に設けられている。シャフト１１０の上部には、ディスクが載置されるハブ１２０が結合されており、このハブ１２０の両側下部には、固定子１０４に対応して磁石とヨークとを備える回転子１２２が設けられている。固定子１０４および回転子１２２は、相互作用により電磁力を発生させてシャフト１１０を回転させる。また、シャフト１１０の下部には、シャフト１１０のスリーブ１０２からの抜け出しを防止するためのスラストフランジ１１２が形成されている。
【００２５】
ハードディスクドライブ用スピンドルモータは、シャフト１１０を半径方向に支持するジャーナルベアリング部分１５０と、シャフト１１０を軸方向に支持するスラストベアリング部分１６０とを備えている。
【００２６】
図４は、図３に示されたジャーナルベアリング部分１５０の拡大図である。図５は、図４のＶ−Ｖ’線に沿って見た断面図であり、図６は、図５のＡ部分を拡大した図である。
【００２７】
図４および図５に示すように、シャフト１１０の外周面とスリーブ１０２の内周面との間には、シャフト１１０の回転時にシャフト１１０とスリーブ１０２との摩擦を防止するためのベアリング間隔１３０が形成されており、このベアリング間隔１３０には潤滑流体が充填される。この潤滑流体がシャフト１１０とスリーブ１０２とを分離させるので、シャフト１１０がスリーブ１０２に接触することなく回転する。したがって、ハードディスクの記録/再生に悪い影響を与える非再現性ラン−アウト（ＮＲＲＯ）が発生しない。
【００２８】
また、本発明では潤滑流体として空気を使用することが望ましい。潤滑流体として粘性の低い空気を使用すれば、摩擦損失を減少させることができ、加えて、摩擦熱によるベアリング特性の変化を最小限にすることができる。
【００２９】
シャフト１１０の外周面には、シャフト１１０の半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝１１５がヘリングボーン状に形成されている。このヘリングボーン状の溝１１５は、図面に示された位置だけでなく、シャフト１１０の外周面の上下に各々形成されることもある。また、各溝１１５は、図６に示すように、その一側面に底面部１１５ａに対して傾斜する傾斜部１１５ｂを有している。
【００３０】
傾斜部１１５ｂを含む多数の溝１１５がヘリングボーン状に形成されると、ヘリングボーン形状としたことによる流体のポンピング効果と傾斜部１１５ａによる楔効果とを同時に得ることができる。これにより、大きい負荷容量および剛性を得ることができ、加えて、回転安定性も確保できる。
【００３１】
図７は、図３に示されたスラストベアリング部分１６０を構成するスラストフランジ１１２の斜視図である。図７に示すように、スラストフランジ１１２の上面には、シャフト１１０の軸方向に流体動圧を発生させるための多数の溝１２５がヘリングボーン状に形成されている。各溝１２５の断面は、長方形であることもあり、一側面を底面部から傾斜させた形状であることもある。また、図面には示されていないが、ヘリングボーン状の溝１２５は、スラストフランジ１１２の下面にも形成されている。
【００３２】
なお、シャフト１１０は、アルミナまたはジルコニア等のセラミックより成ることが望ましい。また、スリーブ１０２もセラミックより成ることが望ましい。これはスピンドルモータに要求される耐磨耗性と耐衝撃性とを確保するためである。
【００３３】
次に、本発明の他の実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータを説明する。本実施例では、ヘリングボーン状の溝がシャフトの外周面ではなく、スリーブの内周面に形成されたという点以外には前述した実施例と同一である。したがって、以下では前述した実施例と異なる点のみを説明する。
【００３４】
図８は、本発明の他の実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータに適用されるスリーブの内部を示した切開斜視図である。図９は、本発明の他の実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータのジャーナルベアリング部分の断面図であり、図１０は、図９のＢ部分の拡大図である。
【００３５】
図８および図９に示すように、スリーブ２０２の内周面には、シャフト２１０の半径方向に流体動圧を発生させるための多数の溝２１５がヘリングボーン状に形成されている。ここで、各溝２１５は、図１０に示すように、その一側面に底面部２１５ａに対して傾斜する傾斜部２１５ｂを有している。溝２１５の効果は、前述した実施例のものと同一である。
【００３６】
シャフト２１０の外周面とスリーブ２０２の内周面との間に形成されたベアリング間隔２３０には、潤滑流体が充填されている。潤滑流体としては空気を使用することが望ましい。
【００３７】
なお、スリーブ２０２は、アルミナまたはジルコニア等のセラミックより成ることが望ましく、シャフト２１０もセラミックより成ることが望ましい。
【００３８】
表１は作動温度が２０℃から６０℃に上昇した場合の既存のハードディスクドライブ用スピンドルモータに使用される流体動圧ベアリングの剛性変化を示したものであり、表２は作動温度が２０℃から６０℃に上昇した場合の本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータに使用される空気動圧ベアリングの剛性変化を示したものである。ここで、表１および表２は、各々のベアリングについて潤滑方程式であるレイノルズ方程式を有限差分法（ＦＤＭ）で計算した結果である。
【００３９】
【表１】
2004254492.tif 000003
【００４０】
【表２】
2004254492.tif 000004
【００４１】
表１に示すように、既存のハードディスクドライブ用スピンドルモータは、温度上昇により半径方向の剛性値が６７．８％減少し、軸方向の剛性値が４０．０％減少した。これに対し、表２に示すように、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、温度上昇により半径方向の剛性値が１１．６％増加し、軸方向の剛性値が９．４１％増加した。
【００４２】
このように、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、温度変化により発生するベアリング剛性の変化が小さいので、モータの固有周波数の変化も小さい。すなわち、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、作動温度による回転精度に対する信頼性が既存のハードディスクドライブ用スピンドルモータより高い。
【００４３】
表３は、作動温度が２０℃と６０℃である場合の既存のハードディスクドライブ用スピンドルモータの摩擦損失を示したものであり、表４は、作動温度が２０℃と６０℃である場合の本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータの摩擦損失を示したものである。ここで、表３および表４は、各々のベアリングについて潤滑方程式であるレイノルズ方程式を有限差分法（ＦＤＭ）で計算した結果である。
【００４４】
【表３】
2004254492.tif 000005
【００４５】
【表４】
2004254492.tif 000006
【００４６】
表３および表４より、既存のハードディスクドライブ用スピンドルモータの摩擦損失に比べて本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータの摩擦損失が顕著に減少していることが分かる。より詳細には、ジャーナルベアリングの摩擦損失は、２０℃では０．２５２％に減少し、６０℃では０．８１０％に減少しており、スラストベアリングの摩擦損失は２０℃では０．３１９％に減少し、６０℃では１．０１％に減少した。
【００４７】
このように、本発明に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータは、ベアリングの摩擦損失が既存の流体動圧ベアリングを使用したハードディスクドライブ用スピンドルモータに比べて顕著に小さいので、消費電力が非常に小さくなる。
【００４８】
以上では、図示された実施例を参考として本発明を説明したが、これは例示的なものであり、この技術分野の当業者であれば、多様な変形が可能であるという点を理解するであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決められる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明はハードディスクドライブが搭載される全ての機器に効果的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のハードディスクドライブ用スピンドルモータの構造を示した図面である。
【図２】図１に示されたスリーブの内周面に形成された溝の断面を示す図面である。
【図３】本発明の実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータの構造を示した図面である。
【図４】図３に示されたジャーナルベアリング部分を拡大して示した図面である。
【図５】図４のＶ−Ｖ’線に沿って見た断面図である。
【図６】図５のＡ部分の拡大図である。
【図７】図３に示されたスラストベアリング部分を構成するスラストフランジの斜視図である。
【図８】本発明の他の実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータに適用されるスリーブの切開斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例に係るハードディスクドライブ用スピンドルモータのジャーナルベアリング部分の断面図である。
【図１０】図９のＢ部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００      ベース
１０２      スリーブ
１０４      固定子
１１０      シャフト
１１２      スラストフランジ
１１５      溝
１２０      ハブ
１２２      回転子
１５０      ジャーナルベアリング部分
１６０      スラストベアリング部分
【図１】
2004254492.tif 000007
【図２】
2004254492.tif 000008
【図３】
2004254492.tif 000009
【図４】
2004254492.tif 000010
【図５】
2004254492.tif 000011
【図６】
2004254492.tif 000012
【図７】
2004254492.tif 000013
【図８】
2004254492.tif 000014
【図９】
2004254492.tif 000015
【図１０】
2004254492.tif 000016