(57)【要約】【課題】空気動圧軸受と液体動圧軸受とを有するいわゆるハイブリッド型の軸受を備えたモータにおいて、ハイブリッド型の動圧軸受の利点をそのまま生かしながら、低温域での損失トルクを小さくする。【解決手段】ラジアル動圧軸受部５１の作動流体として空気を用い、スラスト動圧軸受部５２の作動流体として液体を用い、ラジアル動圧軸受部５１における軸部材１１ｂの熱膨張率を対向する囲繞部材２４のそれよりも大きくする。【選択図】　図２
2004036756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、微小間隙を有して該軸部材を取り囲む囲繞部材とが動圧軸受部を介して回転自在に係合したモータであって、
前記動圧軸受部は、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受部と、液体を作動流体とするスラスト動圧軸受部とからなり、
前記ラジアル動圧軸受部における軸部材の熱膨張率を、対向する囲繞部材のそれよりも大きくしたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記軸部材は、軸部と該軸部から半径方向外方に突出するスラストプレート部とを有し、前記囲繞部材は、前記軸部と前記スラストプレート部に対し微小間隙を有して周設されてなり、
前記ラジアル動圧軸受部は、前記軸部およびこの軸部と対向する前記囲繞部材の内周面の少なくとも一方に設けられた、ラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧発生溝と空気とから構成され、
前記スラスト動圧軸受部は、前記スラストプレート部の上下面およびこの上下面と対向する前記囲繞部材の内側面の少なくとも一方に設けられた、スラスト荷重を支持するためのスラスト動圧発生溝と、この対向面間に充填された潤滑液体とから構成されている請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記軸部材の主材料をステンレス鋼とし、前記囲繞部材の主材料をセラミック材とした請求項１又は２記載のモータ。
【請求項４】
情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、筐体と、該筐体の内部に固定され、前記記録媒体を回転させるスピンドルモータと、前記記録媒体の所望の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、前記スピンドルモータとして請求項１〜３のいずれかに記載のモータを用いることを特徴とするディスク駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受を用いたモータ及びこれを用いたディスク駆動装置に関し、より詳細には動圧軸受の作動流体として液体と空気とを併用するいわゆるハイブリッド型の動圧軸受を用いたモータ及びディスク駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）や高容量のフロッピィディスクドライブ（ＦＤＤ）などの磁気ディスク装置などに使用されるスピンドルモータは、年々高速化、小型化が進み、このようなスピンドルモータの軸受手段として、回転側部材と静止側部材との間に作動流体を介在させ、この作動流体中に発生する流体動圧を用いて回転側部材を非接触支持する動圧軸受が使用されるようになってきた。
【０００３】
このような動圧軸受としては、作動流体として液体を用いる液体動圧軸受と、作動流体として空気を用いる空気動圧軸受とに大きく分けられる。前者の軸受では小型化に対応可能となり、また静寂性と優れた振れ精度が得られる利点がある一方、高速回転時に潤滑液体が軸受外部に漏れるおそれがあり、また温度変化によって潤滑液体に体積変化が生じ、高温時には潤滑液体の漏れが促進されるだけでなく、潤滑液体の粘度の変化により軸受剛性、特にラジアル剛性が変化しやすい欠点がある。
【０００４】
他方、作動流体として空気を用いた後者の軸受では、潤滑液体の漏れの心配がなく、またシール機構も不要で、構造が簡単になるだけでなく、広い温度範囲で剛性変化が少ないといった利点がある一方、固定側部材と回転側部材とを空気を介在させて支持しているため、回転側部材に蓄積される静電荷を固定側部材に逃がすことができず各種の静電気障害が生じることがあった。また、空気動圧軸受を用いたスピンドルモータでは、作動流体が密度の低い空気であるためにダンピング定数を大きくすることが困難で、振動が発生した場合にこの振動が持続しやすく、安定性に懸念が存在する。特にディスク駆動装置に適用した場合に、このような問題が顕著になる。
【０００５】
そこで、高速回転時でも潤滑液体の漏れがなく、また剛性変化が少ないといった空気動圧軸受の利点を活かしつつ、回転側部材と固定側部材との間の電気的導通を確保し、さらにダンピング定数を適度に確保するため、空気動圧軸受と液体動圧軸受とを併用した、いわゆるハイブリッド型の動圧軸受が提案されている（例えば特開２０００−２１５５９０号公報など）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このハイブリッド型の動圧軸受において、空気動圧軸受部では作動流体である空気の温度による粘性変化がないため、温度によらず一定の軸受特性が得られるものの、液体動圧軸受部では作動流体である潤滑液体の温度による粘性変化が大きく、高温で充分な軸受負荷を負えるようにした場合には、低温時の粘度が大きくなるため、この動圧軸受を用いたモータでは低温域での損失トルクが大きくなり、モータの駆動電流値が大きくなる問題があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド型の動圧軸受を用いたモータにおいて、ハイブリッド型の動圧軸受の従来の利点をそのまま生かしながら、低温域での損失トルクを小さくすることにある。
【０００８】
また本発明の目的は、小型で高速回転し、また優れた振れ精度と静寂性を有すると共に、低温域での損失トルクの小さいディスク駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明のモータでは、軸部材と、微小間隙を有して該軸部材を取り囲む囲繞部材とが動圧軸受部を介して回転自在に係合した動圧軸受装置であって、前記動圧軸受部は、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受部と、液体を作動流体とするスラスト動圧軸受部とからなり、前記ラジアル動圧軸受部における軸部材の熱膨張率を、対向する囲繞部材のそれよりも大きくした構成とした。
【００１０】
ここで、前記軸部材は、軸部と該軸部から半径方向外方に突出するスラストプレート部とを有し、前記囲繞部材は、前記軸部と前記スラストプレート部に対し微小間隙を有して周設されてなり、前記ラジアル動圧軸受部は、前記軸部およびこの軸部と対向する前記囲繞部材の内周面の少なくとも一方に設けられた、ラジアル荷重を支持するためのラジアル動圧発生溝と空気とから構成され、前記スラスト動圧軸受部は、前記スラストプレート部の上下面およびこの上下面と対向する前記囲繞部材の内側面の少なくとも一方に設けられた、スラスト荷重を支持するためのスラスト動圧発生溝と、この対向面間に充填された潤滑液体とから構成されているようにしてもよい。
【００１１】
低温域での損失トルクをより低減する観点から、前記軸部材の主材料をステンレス鋼とし、前記囲繞部材の主材料をセラミック材としてもよい。
【００１２】
また、本発明のディスク駆動装置では、情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、筐体と、該筐体の内部に固定され、前記記録媒体を回転させるスピンドルモータと、前記記録媒体の所望の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、前記スピンドルモータとして前記記載のモータを用いる構成とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は、ハイブリッド型の動圧軸受を用いたモータにおいて、ハイブリッド型の動圧軸受の利点を存置しながら低温域での損失トルクを低減すべく鋭意検討を重ねた結果、意外にも、温度によって粘度がほとんど変化しない空気を用いた空気動圧軸受部での低温域における損失トルクを小さくすることにより、モータ全体としての損失トルクを低減できることを見出し本発明をなすに至った。すなわち、本発明のモータの大きな特徴は、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受部における軸部材の熱膨張率を、対向する囲繞部材のそれよりも大きくしたことにある。かかる構成により、低温になったときラジアル軸受部の軸部材と、対向する囲繞部材との間隙が広くなり、損失トルクが低減される。また、ラジアル軸受部の間隙が広くなることによって低温域での軸受特性は低下するものの、スラスト軸受部では液体粘度が増加しているので軸受の剛性が高くなり、これにより回転部の姿勢は安定化される。
【００１４】
以下、図に基づいて本発明のモータについて説明する。なお、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
【００１５】
本発明に係るモータの組立断面図例を図１に示し、その組立後の断面図を図２に示す。図１および図２に示したモータでは、ブラケット６は中心部に設けられた基部６１と、この基部６１の外周方向に設けられた周壁６２と、この周壁６２からさらに外方向に延設された鍔部６３と、基部６１の中心部に形成された環状突部６４とからなり、これらが一体且つ同心状に形成されている。
【００１６】
一方、軸部材は、軸部１１と、この軸部１１と別体のスラストプレート部１２とからなる。軸部１１は、先端部側が小径とされた円柱状軸部１１ａを円筒状軸部１１ｂの中心孔に嵌合させてなり、円柱状軸部１１ａの底面を円筒状軸部１１ｂの底面から奥まった所に位置させることにより、軸部材１１の底面に穴１１１を形成し、ブラケット６の中心部に形成された環状突部６４にこの穴１１１を填め込み、軸部材１１をブラケット６に立設させている。
【００１７】
また、略円筒状のロータハブ（囲繞部材）２の上面中央部には、大小２つの環状溝２１，２２と貫通孔２３とが同心状に形成され、この貫通孔２３に軸部１１の先端部側の小径部分１１２を挿通させることにより、ロータハブ２は軸部１１を覆うように装着される。そして、ロータハブ２の環状溝２２にスラストプレート部１２を嵌入した後、軸部１１の小径部分１１２に固定する。さらに、ロータハブ２の環状溝２１にスラストプレート部１２の上側に蓋をするように円盤状のキャップ部材３が嵌入し、ロータハブ２に固着する。したがって、キャップ部材３はロータハブ２と共に回転するようになる。
【００１８】
ロータハブ２の内周面には、スリーブ２４が円筒状軸部１１ｂの外周面に対向するよう取り付けられている。また、ロータハブ２の外周中間部には鍔部２５が形成され、ここにハードディスクＤが装着される。具体的にはロータハブ２の外周により位置決めされて、鍔部２５の上に１又は複数のハードディスクＤが装着された後、クランプ部材（不図示）などにより軸部１１の先端面に穿設された孔部Ｈにネジ止めされて、ハードディスクＤはロータハブ２に対して保持固定される。さらに、ロータハブ２の外周下側には周方向に多極着磁されたロータマグネット２６が全周にわたり配設されている。またロータマグネット２６の半径方向外方には、ロータマグネット２６に対向して、ステータコア４ａの周りにステータコイル４ｂを巻着したステータ４がブラケット６の周壁６４に配設されている。
【００１９】
図２において、ラジアル動圧軸受部５１は、円筒状軸部１１ｂの外周面とこの外周面に対向したスリーブ２４の内周面との間に、軸方向に離隔して２つ形成されている。どちらも作動流体として対向面間に存在する空気と、円筒状軸部１１ｂの外周面に形成されたヘリングボーン状の動圧発生溝Ｇ１，Ｇ１’とから構成されている。一方、スラスト動圧軸受部５２は、キャップ部材３の下面とスラストプレート部１２の上面との間、及びスラストプレート部１２の下面とロータハブ２上面の環状溝２２の底面との間に形成され、作動流体として介在する潤滑液体と、スラストプレート部１２の上下面側に形成されたヘリングボーン状の動圧発生溝Ｇ２，Ｇ２’とから構成されている。なお、ロータハブ２などの回転部材に蓄積される静電荷を軸部材側に逃がして静電気障害の発生を防止するためには、潤滑液体として導電性液体を用い、回転部材と軸部材とを導通可能とすることが推奨される。
【００２０】
ここでスラストプレート部１２の一例を図３に示す。図３のスラストプレート部１２では、動圧発生溝Ｇ２としてのヘリングボーン状溝が同心状に形成されており、またスラストプレート部１２の中央部には中央孔１２ａが設けられ、この中央孔１２ａに軸部１１の小径部分１１２が挿通される。そして、この中央孔１２ａの内周側に半円形の切り欠き部１２ｂが対向位置に設けられており、この切り欠き部１２ｂを介してラジアル動圧軸受部５１と軸受外部との間で空気の流通が行われる。またスラストプレート部１２には潤滑液体を循環させるために、スラストプレート部１２の上下面を繋ぐ循環孔１２ｃと、この循環孔１２ｃに接続し、スラストプレート部１２の周面に通じる循環孔（図１及び図２に図示）１２ｄとが穿設されている。
【００２１】
このような構成のモータＭにおいてステータコイル４ｂに通電すると、ステータ４及びロータマグネット２６の磁気回路部の駆動で、ラジアル動圧軸受部５１及びスラスト動圧軸受部５２で支持されたロータハブ２及びキャップ部材３が、軸部材１に対して記録ディスクＤと共に回転する。この時、ラジアル動圧軸受部５１では、円筒状軸部１１ｂの外周面とスリーブ２４の内周面との間隙内の空気が、ヘリングボーン状の動圧発生溝Ｇ１，Ｇ１’の作用により、「く」の字状の屈曲部分に向けて両方から流動しラジアル荷重支持圧を発生させる。一方、スラスト動圧軸受部５２でも同様に、ヘリングボーン状の動圧発生溝Ｇ２，Ｇ２’の作用により、「く」の字状の屈曲部分に向けて両方から潤滑液体が流動してスラスト荷重支持圧を発生させる。
【００２２】
ここで本発明におけるラジアル動圧軸受部５２では、軸部材１の熱膨張率を、対向する囲繞部材（ロータハブ２とスリーブ２４）のそれよりも大きくしているので、高温域では軸部材１とこれに対向する囲繞部材との間隙が狭くなり軸受特性が高くなる一方、低温域では前記間隙は広くなり損失トルクが低減される。この結果、本発明のモータでは、モータ駆動開始・停止時の低速回転における損失トルクは従来のモータに比べ低く抑えられる。また前記間隙が広くなることによって低温域での軸受特性は低下するものの、スラスト動圧軸受部５２は低温域では液体粘度が増加しているので軸受の剛性が高くなり、これにより回転部の姿勢は安定化される。
【００２３】
軸部材および囲繞部材の熱膨張率は、ラジアル動圧発生部の軸受間隙や軸部材の径、モータの使用環境温度などから適宜決定すればよい。例えば、軸部材の直径をＤ（ｍｍ）、熱膨張率をα（／℃）、囲繞部材の熱膨張率をβ（／℃）、軸受間隙Ｃ（ｍｍ、ａｔ２０℃）、モータの使用環境の温度上昇が８０℃、軸受の限界間隙が０．００１（ｍｍ）とすると下記不等式が成立し、この不等式を満たす範囲で（α−β）が最も高くなるように軸部材および囲繞部材の熱膨張率を決めればよい。
０＜（α−β）＜２×（Ｃ−０．００１）／（８０×Ｄ）
ここで、Ｃ＝０．００４ｍｍ、Ｄ＝１０ｍｍの場合には
０＜（α−β）＜７．５×１０−６
となる。
【００２４】
ラジアル動圧軸受部における軸部材と囲繞部材との好ましい組み合わせとしては、例えば表１の組み合わせが挙げられる。
【００２５】
【表１】
2004036756.tif 000003
【００２６】
本発明者は実際に、軸部材として熱膨張率が１０×１０−６（／℃）のＳＵＳ４００系を用い、スリーブ部材（囲繞部材）として熱膨張率が７．８×１０−６（／℃）のアルミナを用いたモータＩの駆動電流値を測定した。また比較として、軸部材として熱膨張率が１０×１０−６（／℃）のＳＵＳ４００系を用い、スリーブ部材として熱膨張率が９．６×１０−６（／℃）のジルコニアを用いたモータＩＩの駆動電流値も測定した。その結果、６０℃以上の温度域では両モータの駆動電流値に差異は見られなかったが、低温ではモータＩの駆動電流値はモータＩＩよりも数十ｍＡ低くなっていた。このことから軸部材と囲繞部材との熱膨張率の差が大きいほど低温域におけるモータの損失トルクを低減できることがわかる。
【００２７】
次に、本発明のディスク駆動装置について以下説明する。図４に、一般的なディスク駆動装置７の内部構成を模式図として示す。ハウジング（筐体）７１の内部は塵・埃などが極端に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板（記録媒体）７３が装着されたモータ７２が設置されている。加えてハウジング７１の内部には、ディスク板７３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構（情報アクセス手段）が配置され、このヘッド移動機構はディスク板７３上の情報を読み書きするヘッド７６、このヘッド７６を支えるアーム７５，およびヘッド７６並びにアーム７５をディスク板７３上の所要位置に移動させるアクチュエータ部７４により構成される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のモータでは、空気を作動流体とするラジアル動圧軸受部と、液体を作動流体とするスラスト動圧軸受部とを有し、ラジアル動圧軸受部における軸部材の熱膨張率を、対向するスリーブ部材（囲繞部材）のそれよりも大きくしたので、ハイブリッド型の動圧軸受の利点をそのまま生かしながら、低温域における損失トルクを小さくできる。
【００２９】
また、本発明のディスク駆動装置では、情報を記録できる円板状記録媒体を回転させるスピンドルモータとして前記のモータを用いるので、小型で高速回転が可能となり、また優れた振れ精度と静寂性を有すると共に、低温域での損失トルクが小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータの一例を示す組立断面図である。
【図２】図１のモータの組立後の断面図である。
【図３】スラストプレート部の一例を示す平面図である。
【図４】本発明のディスク駆動装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　軸部材
２　ロータハブ（囲繞部材）
３　キャップ部材
７　ディスク駆動装置
１１　軸部
１１ａ　円柱状軸部
１１ｂ　円筒状軸部
１２　スラストプレート部
２４　スリーブ部材（囲繞部材）
５１　ラジアル動圧軸受部
５２　スラスト動圧軸受部
７１　筐体
７３　記録媒体
Ｄ　ハードディスク（記録媒体）
Ｍ　モータ
Ｇ１，Ｇ１’　ラジアル動圧発生溝
Ｇ２，Ｇ２’　スラスト動圧発生溝
【図１】
2004036756.tif 000004
【図２】
2004036756.tif 000005
【図３】
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【図４】
2004036756.tif 000007