(57)【要約】【課題】  気体動圧軸受を小型化し、それによってスピンドルモータを小型化する。【解決手段】  スピンドルモータ１は、静止部材２と、回転部材３と、ステータ４と、ロータマグネット５とを備えている。回転部材３は、静止部材２に気体動圧軸受６を介して回転自在に支持されている。ステータ４は静止部材２に固定されている。ロータマグネット５は、ステータ４に対向するように回転部材３に固定され、ステータ４と協働して回転磁界を発生する。気体動圧軸受６は、ラジアル動圧軸受部４１と、スラスト動圧軸受部４２と有している。ロータマグネット５とステータ６のうち少なくともいずれか一方の少なくとも一部が、ラジアル動圧軸受部４２とスラスト動圧軸受部４２とによって規定される環状空間Ａ内に配置されている。【選択図】      図１
2005198418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材と、
前記静止部材に気体動圧軸受を介して回転自在に支持された回転部材と、
前記静止部材に固定されたステータと、
前記ステータに対向するように前記回転部材に固定され、前記ステータと協働して回転磁界を発生するためのロータマグネットとを備え、
前記気体動圧軸受は、ラジアル動圧軸受部と、スラスト動圧軸受部とを有し、
前記ロータマグネットと前記ステータのうち少なくともいずれか一方の少なくとも一部が、前記ラジアル動圧軸受部と前記スラスト動圧軸受部とによって規定される環状空間内に配置されていることを特徴とする、
スピンドルモータ。
【請求項２】
前記ロータマグネットの少なくとも一部と、前記ステータの少なくとも一部との両方が前記環状空間内に配置されている、請求項１に記載のスピンドルモータ。
【請求項３】
前記静止部材は、筒状部と前記筒状部の一端から半径方向外側に延びるスリーブフランジ部とを有するスリーブを有し、
前記回転部材は、前記筒状部内に配置されたシャフト本体と前記シャフト本体の一端から半径方向外側に延びるシャフトフランジ部とを有し、
前記ラジアル動圧軸受部は前記筒状部の内周面と前記シャフト本体の外周面との間の微少間隙に形成され、前記スラスト動圧軸受部は前記スリーブフランジ部の軸線方向面と前記シャフトフランジ部の軸線方向面との間の微少間隙に形成されている、請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
【請求項４】
前記ステータ及び前記ロータマグネットは、前記筒状部の外周側に近接して配置されている、請求項３に記載のスピンドルモータ。
【請求項５】
前記ロータマグネットは、磁力によって、前記スラスト動圧軸受部側との反対側に吸引されている、請求項３又は４に記載のスピンドルモータ。
【請求項６】
前記シャフト本体には、軸線方向に貫通し、前記ラジアル動圧軸受部の前記スラスト動圧軸受部側との反対側の端を外部に連通させる連通孔が形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドルモータ。
【請求項７】
前記シャフト本体にはその内部を軸方向に貫通する貫通孔が形成され、
前記静止部材は、前記貫通孔内に延びる静止シャフトをさらに有している、請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドルモータ。
【請求項８】
ハウジングと、
前記ハウジングの内部に固定された、請求項１〜７のいずれかに記載の前記スピンドルモータと、
前記回転部材に搭載される円板状記録媒体の所要の位置に情報を書込又は読み出すための情報アクセス手段と、
を備えた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、気体動圧軸受が採用されたスピンドルモータ、及び記録ディスク駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録ディスク駆動装置や光ディスク装置などにおける記録情報へのアクセスの高速化の要求や、デジタル複写機やレーザプリンタなどにおける印字品質の向上及び高速化の要求などが高まっている。これらの要求を満たすために、それぞれの装置において使用されるスピンドルモータの高精度化及び高速回転化が進められている。特に、光偏向装置に搭載されてポリゴンミラーを回転させるモータは高速回転することが求められている。
記録ディスク駆動装置においては、作動流体として潤滑油を用いた潤滑油動圧軸受が用いられているが、高速回転するとその粘性による抵抗が大きく、消費電力が大きい。そのため、特に小型で、携帯性が重視される用途に用いられる場合には、電池の持つ時間が短いことが問題となっている。
また、光偏向装置においては、１〜２万回転毎分の高速回転が求められており、潤滑油をその作動流体とする動圧軸受では、潤滑油の枯渇、焼き付きが問題となっている。
【０００３】
そこで、スピンドルモータの高精度化及び高速回転化を実現するためには、スピンドルモータの軸受として気体動圧軸受が採用されだしている。気体動圧軸受とは、相対的に回転する部材間に形成される微少間隙に保持される気体の動圧により、回転する部材を非接触にて支持するものである（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。気体動圧軸受は、潤滑油のように染みだしや飛散の問題がないばかりか、高速回転時の軸受抵抗が小さく、消費電力を抑えることができる。さらには、高速回転時や長期間使用しても枯渇や焼き付きが生じない。
【特許文献１】特開２０００−２６８４８４号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４６６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、気体は、潤滑油と比較すると、粘性、密度が極端に小さい。そのため、適正な軸受荷重支持圧を得るためには、ラジアル動圧軸受部の径を大きくする必要があり、そのため径方向寸法が大きくなっていた。
さらに、従来の気体動圧軸受はスラスト動圧軸受部がラジアル動圧軸受部の軸方向両側に設けられる構造であるため、軸方向寸法が大きくなっていた。
本発明の課題は、気体動圧軸受を小型化し、それによってスピンドルモータを小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載のスピンドルモータは、静止部材と、回転部材と、ステータと、ロータマグネットとを備えている。回転部材は、静止部材に気体動圧軸受を介して回転自在に支持されている。ステータは静止部材に固定されている。ロータマグネットは、ステータに対向するように回転部材に固定され、ステータと協働して回転磁界を発生する。気体動圧軸受は、ラジアル動圧軸受部と、スラスト動圧軸受部とを有している。ロータマグネットとステータのうち少なくともいずれか一方の少なくとも一部が、ラジアル動圧軸受部とスラスト動圧軸受部とによって規定される環状空間内に配置されている。
気体動圧軸受が径方向及び軸方向に小型化されているため、スピンドルモータも小型化されている。
請求項２に記載のスピンドルモータでは、請求項１において、ロータマグネットの少なくとも一部と、ステータの少なくとも一部との両方が環状空間内に配置されている。
このスピンドルモータは、径方向及び軸方向にさらに小型化されている。
【０００６】
請求項３に記載のスピンドルモータでは、請求項１又は２において、静止部材は、筒状部と筒状部の一端から半径方向外側に延びるスリーブフランジ部とを有するスリーブを有している。回転部材は、筒状部内に配置されたシャフト本体とシャフト本体の一端から半径方向外側に延びるシャフトフランジ部とを有している。ラジアル動圧軸受部は、筒状部の内周面とシャフト本体の外周面との間の微少間隙に形成されている。スラスト動圧軸受部は、スリーブフランジ部の軸線方向面とシャフトフランジ部の軸線方向面との間の微少間隙に形成されている。
このスピンドルモータでは、スリーブとシャフトとの間にラジアル動圧軸受部とスラスト動圧軸受部が形成されており、構造が簡単である。
【０００７】
請求項４に記載のスピンドルモータでは、請求項３において、ステータ及びロータマグネットは、筒状部の外周側に近接して配置されている。
このスピンドルモータは、径方向及び軸方向に小型化されている。
請求項５に記載のスピンドルモータでは、請求項３又は４において、ロータマグネットは、磁力によって、スラスト動圧軸受部側との反対側に吸引されている。
このスピンドルモータでは、回転体はスラスト動圧軸受部で発生する動圧によって軸方向に浮上し、吸引は磁力によって行われている。このように、スラスト動圧軸受部は一カ所にのみ形成されているため、軸受面の精度を確保するための表面研磨を行う工程が少なくなる。なお、磁力はステータや磁性部材によって得られる。
【０００８】
請求項６に記載のスピンドルモータでは、請求項１〜５のいずれかにおいて、シャフト本体には、軸線方向に貫通し、ラジアル動圧軸受部のスラスト動圧軸受部側との反対側の端を外部に連通させる連通孔が形成されている。
このスピンドルモータでは、連通孔を利用して、動圧発生時に気体を循環させることができ、その結果、高速回転時の過浮上や高温化を防止できる。
請求項７に記載のスピンドルモータでは、請求項１〜５のいずれかにおいて、シャフト本体内にはその内部を軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。静止部材は、貫通孔内に延びる静止シャフトをさらに有している。
このスピンドルモータでは、静止シャフトの両端をハウジングの壁に固定すれば、ハウジングの軸方向の強度が向上する。そのため、ハウジングに軸方向の外力が作用しても、回転部材と静止部材が接触しにくい。
【０００９】
請求項８に記載の記録ディスク駆動装置は、ハウジングと、ハウジングの内部に固定された請求項１〜７のいずれかに記載のスピンドルモータと、回転部材に搭載される円板状記録媒体の所要の位置に情報を書込又は読み出すための情報アクセス手段とを備えている。
この記録ディスク駆動装置は、前述の小型化されたスピンドルモータを採用しているため、全体が小型化されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る気体動圧軸受及び記録ディスク駆動装置は、ロータマグネットとステータのうち少なくともいずれか一方の少なくとも一部が、スラスト動圧軸受部とラジアル動圧軸受部とによって規定される環状空間内に配置されているため、全体が小型化されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．ハードディスク装置１０の構成
図１に、本発明の第１実施形態にかかるスピンドルモータ１を備えるハードディスク装置１０の内部構成を模式図として示す。ハウジング１１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、その内部に情報を記憶する円板状の記録ディスク１８が装着されたスピンドルモータ１が設置されている。加えてハウジング１１の内部には、記録ディスク１８に対して情報を読み書きする磁気ヘッド移動機構１７が配置され、この磁気ヘッド移動機構１７は、記録ディスク上の情報を読み書きするヘッド１６、このヘッドを支えるアーム１５、及びヘッド１６及びアーム１５をディスク上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部１４により構成される。
このようなハードディスク装置１０では、スピンドルモータ１が回転することによって、記録ディスク１８が所定方向に回転駆動される。アクチュエータ部１４はアーム１５を旋回し、それらに装着されたヘッド１６は対応する記録ディスク１８の略径方向に移動し、その結果ヘッド１６の作用によって記録すべき記録情報が記録ディスク１８に磁気的に書き込まれ、又は記録ディスク１８に記録された記録情報がヘッド１６によって読み取られる。
【００１２】
２．スピンドルモータ１の構成
図２は、スピンドルモータ１の概略構成を示す縦断面図である。図２に示すＯ−Ｏがスピンドルモータ１の回転軸線である。なお、本実施形態の説明では、便宜上図２の上下方向にあわせて「上下方向」を規定するが、これはスピンドルモータ１の使用状態における方向を限定するものではない。
スピンドルモータ１は、主に、ハウジング１１の内部に固定される静止部材２と、回転部材３と、ステータ４と、ロータマグネット５とから構成される。静止部材２と回転部材３との間には、回転部材３を静止部材２に対して相対回転自在に支持するための気体動圧軸受６が形成されている。
静止部材２は、ベース２１と、そこから軸線方向上方に延びるスリーブ２２及び固定シャフト２３とから構成されている。ベース２１は、円板状の部材であり、ハウジング１１の下側壁に固定又は一体化されている。スリーブ２２は、略円筒状の部材であり、軸線方向に延びる円筒部２２ａと、その上端から半径方向外方に延びる円環状のスラストフランジ部２２ｂとから構成されている。円筒部２２ａの下端はベース２１に固定され、上端は開口している。固定シャフト２３の下端はベース２１の中心孔に嵌合して固定されている。固定シャフト２３の上端はハウジング１１の上側壁１１ａに固定されている。
【００１３】
ステータ４は、円筒部２２ａの外周側において、ベース２１の上端面に固定されている。ステータ４の半径方向位置は、スラストフランジ部２２ｂに概ね対応している。
回転部材３は、シャフト３１と、シャフト３１の外側に配置されたロータハブ３２とから構成されている。シャフト３１は、概ね円筒状の部材であり、シャフト本体３１ａと、その上端から半径方向外側に延びるシャフトスラストフランジ３１ｂとから構成されている。シャフト３１は円筒状の部材であるが、円柱状の部材の中心に軸方向貫通孔３１ｅが形成されていると見ることもできる。シャフト本体３１ａは、スリーブ２２の円筒部２２ａの内周側に近接して配置されている。より具体的には、シャフト本体３１ａの外周面３１ｃは、スリーブ２２の円筒部２２ａの内周面２２ｃに対して、第１微少間隙３５を介して対向している。また、シャフトスラストフランジ３１ｂは、スリーブ２２のスラストフランジ部２２ｂの上側に近接して配置されている。より具体的には、シャフトスラストフランジ３１ｂの下側平坦面３１ｄは、スラストフランジ部２２ｂの上側平坦面２２ｄに対して、第２微少間隙３６を介して対向している。なお、シャフト３１のシャフト本体３１ａ内には、前述の固定シャフト２３が非接触状態で挿通されている。固定シャフト２３が設けられることによって、回転制度の確保が難しいシール構造や抜け止め構造を軸心に近い部分に配置することができる。また、シャフト３１のシャフト本体３１ａが円筒状でありしかも静止側の固定シャフト２３とスリーブ２２の円筒部２２ａとの間に配置されているため、軸固定型のままの構造で回転体３の負荷を軽量化できている。
【００１４】
ロータハブ３２は、主に、円筒部３２ａと、その上端から半径方向内側に延びるフランジ部３２ｂとから構成されている。円筒部３２ａは、スリーブ２２及び固定シャフト２３の外周側を覆うように配置されている。フランジ部３２ｂはシャフトスラストフランジ３１ｂの上に搭載され、複数のボルト３３によって固定されている。
ロータハブ３２の円筒部３２ａの内周側面には、環状かつ円板状のロータマグネット５が固定されている。ロータマグネット５は、円筒部２２ａの外周側でかつスラストフランジ部２２ｂの軸方向下側に配置されている。ロータマグネット５はステータ４に近接して対向しており、両者により磁気回路部を構成している。なお、この実施例では、ロータマグネットとステータが軸方向に対向するいわゆる面対向モータであり、これにより駆動用の磁力がロータマグネット５を軸方向下側に引き付けるためにも利用されている。なお、面対向モータであるため、ロータマグネットとステータを軸方向に配置しており、その結果、環状空間Ａ内をより広く使用でき、さらに部品点数も削減される。
【００１５】
ロータハブ３２の円筒部３２ａの外周面には、記録ディスク１８やスペーサ等が搭載される支持部３２ｃが形成されている。
なお、固定シャフト２３の上端付近には、リング状の抜け止め部材３７が固定されている。抜け止め部材３７は、シャフト３１の上端に対して軸方向に対向しており、外径がシャフト３１の内径より大きくなっているため、シャフト３１は抜け止め部材３７によって軸方向上側への移動が制限されている。この結果、回転部材３が静止部材２に対して軸方向に大きく移動することがない。
【００１６】
３．気体動圧軸受６の構成
気体動圧軸受６の各動圧軸受部は、スリーブ２２の壁面とシャフト３１の壁面との間に形成された微少間隙と、そこに存在する気体とによって構成されている。具体的には、気体動圧軸受６は、ラジアル動圧軸受部４１とスラスト動圧軸受部４２を含んでいる。
第１微少間隙３５と、そこに保持される気体とからラジアル動圧軸受部４１が形成されている。さらに、円筒部２２ａの内周面２２ｃには、ラジアル動圧発生溝４５が形成されている。ラジアル動圧発生溝４５は、ヘリングボーン形状の浅溝であり、スリーブ２２とシャフト３１が相対回転するとラジアル方向に荷重支持圧を発生するようになっている。なお、ラジアル動圧軸受部４１は、シャフト３１の両端に向かって荷重支持圧が高まるように構成されており、そのためラジアル動圧軸受部４１で発生した荷重支持圧の一部はスラスト動圧軸受部４２でも利用されている。ラジアル動圧発生溝４５は、軸方向下側に向かって（スラスト動圧軸受部４２から離れる側に向かって）荷重支持圧が高くなるようにアンバランス形状になっている。そのため、空気がスラスト動圧軸受部４２からラジアル動圧軸受部４１に向かって流れやすくなり、空気の循環が促される。
【００１７】
第２微少間隙３６と、そこに保持される気体とからスラスト動圧軸受部４２が形成されている。さらに、スラストフランジ部２２ｂの上側平坦面２２ｄには、スラスト動圧発生溝４６が形成されている。スラスト動圧発生溝４６は、スパイラル形状であり、外周から内周に向かって荷重支持圧が高まる（ポンプイン）ように構成されている。したがって、スラスト動圧軸受部４２で発生した荷重の一部はラジアル動圧軸受部４１でも利用されている。
この気体動圧軸受６では、スリーブ２２とシャフト３１との間にラジアル動圧軸受部４１とスラスト動圧軸受部４２が形成されており、構造が簡単である。
なお、図２では各動圧発生用溝の形状は説明の便宜のために模式的に描かれている。
次に、この気体動圧軸受６における気体の循環通路について説明する。シャフト本体３１ａの内周面と固定シャフト２３の外周面との間には隙間４８が確保さているため、ラジアル動圧軸受部４１の下端は、シャフト本体３１ａの下端面とベース２１の上端面との間、さらには隙間４８を通って、スピンドルモータ１の外部につながっている。このため、気体動圧軸受６とその外部（ハウジング１１内の空間）とが連通している。このように隙間４８を利用して、動圧発生時に気体を循環させることができ、その結果、高速回転時の過浮上や高温化を防止できる。
さらに、このスピンドルモータ１では、回転体３はスラスト動圧軸受部４２で発生する動圧によって軸方向に浮上し、吸引は磁力によって行われている。このように、スラスト動圧軸受部４２は一カ所にのみ形成されているため、軸受面の精度を確保するための表面研磨を行う工程が少なくなる。
【００１８】
４．スピンドルモータ１の作用
（１）回転動作
ステータ４のコイルへ通電されると、ステータ４及びロータマグネット５が協働して回転部材３を回転駆動させる。この結果、回転部材３が静止部材２に対して回転する。この回転運動により、気体動圧軸受６が次の作用を奏する。
（２）軸受の作用
回転運動中のスピンドルモータ１においては、ラジアル動圧軸受部４１においてラジアル方向荷重支持圧が発生し、スラスト動圧軸受部４２においてスラスト方向荷重支持圧が発生する。特に、第１微少間隙３５と第２微少間隙３６とが接続する付近（スラスト動圧軸受部４２の内周部）が最も高圧となる。これら高圧部分が、スラスト方向及びラジアル方向への荷重を支持する。
【００１９】
５．スピンドルモータ１の効果
ロータマグネット５は、スリーブ２２の円筒部２２ａとスラストフランジ部２２ｂとさらにはベース２１に規定された環状空間Ａ内に配置されている。また、ステータ４も前記環状空間Ａ内に配置されている。このような配置により、スピンドルモータが半径方向及び軸方向に小型化されている。上述のスリーブ２２の円筒部２２ａの軸方向幅及び位置はラジアル動圧軸受部４１の軸方向幅及び位置に概ね一致しており、上述のスラストフランジ部２２ｂの半径方向幅及び位置はスラスト動圧軸受部４２の半径方向幅及び位置に概ね一致している。したがって、環状空間Ａはラジアル動圧軸受部４１とスラスト動圧軸受部４２によって規定されているともいえる。
なお、この実施形態では、ロータマグネット５及びステータ４のそれぞれの大半が環状空間Ａ内に配置されているため、気体動圧軸受６及びスピンドルモータ１が最も小型化されているが、それぞれの一部が環状空間Ａ内に配置されていても良いし、いずれか一方のみの大半又は一部が環状空間Ａ内に配置されていてもよい。
【００２０】
６．別の実施例
図３に別の実施例を示す。スピンドルモータ１’の基本的な構造は同じであるので、以下、異なる点のみを説明する。
シャフト３１’の中心部には、軸方向に貫通する連通孔３１ｆが形成されている。連通孔３１ｆは前記実施形態の貫通孔３１ｅに比べて径が大幅に小さい。連通孔３１ｆは、シャフト３１’の下端部で高められた支持圧の一部を外気に戻し、軸受内部と外部との連通を実現している。
ロータマグネット５’は円筒状であり、ステータ４’はその内周側に配置されている。つまり、ステータ４’とロータマグネット５’は半径方向に対向している。ステータ４’は、ベース２１上に円筒部２２ａに近接又は当接して配置されている。そして、ベース２１の上面においてロータマグネット５’に対応する位置には、スラストヨーク３８が配置されている。スラストヨーク３８は、磁性体であり、ロータマグネット５’に軸方向の吸引力を与えている。
この実施形態では、ステータ４’が完全に環状空間Ａ内に配置されているため、スピンドルモータ１’が半径方向及び軸方向に小型化されている。また、この実施形態ではロータマグネット５’は環状空間Ａ内に入っていないが、さらに内周側に配置して環状空間Ａ内に配置すれば、スピンドルモータ１’はさらに半径方向に小型化される。
【００２１】
７．別の実施形態
本発明はかかる上記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又は修正が可能である。
なお、この実施形態ではスリーブの筒状部とスラストフランジ部は一体に形成されているが、それぞれ独立した部材から構成されていてもよい。その部材は各部材を別に加工できるため、動圧軸受部を構成する面の精度を高めることができる。
例えば、動圧発生用溝は、図面においては、気体動圧軸受部を構成する一方の面にのみ描かれているが、気体動圧軸受部を構成する他の一方の面、あるいは両方の面にあってもよい。また、各実施の形態においては、各動圧発生用溝の形状を指定したが、それらは他の形状であっても本発明の効果が失われる訳ではない。
本発明に係るスピンドルモータは、ハードディスク記録装置以外にも、他の記録ディスク駆動装置、レーザービームプリンタのポリゴンミラー駆動装置、及びプロジェクターに使用されるカラーホイール駆動装置などにも採用され得る。
なお、他の実施の形態として、複数の記録ディスクを付け替え可能なリムーバブルディスク駆動装置とすることものできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態としての記録ディスク駆動装置の模式断面図。
【図２】本発明の一実施形態としてのスピンドルモータの概略断面図。
【図３】本発明の他の実施形態としてのスピンドルモータの縦断面概略図。
【符号の説明】
【００２３】
１    スピンドルモータ
２    静止部材
３    回転部材
４    ステータ
５    ロータマグネット
６    気体動圧軸受
２２    スリーブ
２２ａ  円筒部（筒状部）
２２ｂ  スラストフランジ部（スリーブフランジ部）
３１    シャフト
３１ａ  シャフト本体
３１ｂ  シャフトスラストフランジ（シャフトフランジ部）
３５    第１微少間隙
３６    第２微少間隙
４１    ラジアル動圧軸受部
４２    スラスト動圧軸受部
Ａ      環状空間
【図１】
2005198418.tif 000003
【図２】
2005198418.tif 000004
【図３】
2005198418.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月26日(2004.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
そこで、スピンドルモータの高精度化及び高速回転化を実現するためには、スピンドルモータの軸受として気体動圧軸受が採用されだしている。気体動圧軸受とは、相対的に回転する部材間に形成される微少間隙に保持される気体の動圧により、回転する部材を非接触にて支持するものである（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。気体動圧軸受は、潤滑油のように染みだしや飛散の問題がないばかりか、高速回転時の軸受抵抗が小さく、消費電力を抑えることができる。さらには、高速回転時や長期間使用しても枯渇や焼き付きが生じない。
【特許文献１】特開２０００−２６８４８４号公報
【特許文献２】特開２０００−３０４６６４号公報