(57)【要約】【課題】本発明は、ハードディスクドライブ等の情報装置に搭載される流体軸受装置を用いたスピンドルモータに関し、固体潤滑剤を用いることなくラジアル軸受とスラスト軸受の直角度やスラスト軸受の面粗度を良好にすることで、信頼性が高い流体軸受装置を提供する。【解決手段】スラスト軸受とラジアル軸受の直角度、およびスラスト軸受の面粗度を、シャフト９に一体で形成された大径外周部９ａによって構成し、所望の精度が得られるので、固体潤滑剤などの表面処理が不要となる。これにより、固体潤滑剤が剥がれてラジアル軸受内部に入り込みシャフト９やスリーブ７が回転時に焼きついて回転不能となることを防止でき、信頼性の高い流体軸受装置１を提供することができる。【選択図】図１
2009162240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受孔を有するスリーブと、
前記軸受孔に相対回転自在に挿入されるシャフトと、
このシャフトの一端側に一体で設けられた前記軸受孔より径大の大径外周部と、
前記シャフトの前記大径外周部側に固定され、前記スリーブの軸方向一端側近傍の外周面に対して半径方向に隙間を介して対向する筒状部付き部材と、
前記軸受孔内周面と前記シャフト外周面の間に形成されるラジアル軸受部と、
前記大径外周部と前記スリーブの軸方向端面との間に形成されるスラスト軸受部と、
を備える流体軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体軸受装置を備えたスピンドルモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のスピンドルモータを備えた情報装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等の情報装置に搭載されている流体軸受装置と、それを用いたスピンドルモータ及び情報装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＨＤＤを搭載した各種情報装置は携帯に便利なように軽薄短小化が図られている。
その一方で小型ながら高記憶容量を維持、向上し、耐衝撃性を上げることも必要とされている。このようなＨＤＤに使用されるスピンドルモータの軸受として、回転精度が高く耐衝撃性に優れた流体軸受装置が主に使用されている。
【０００３】
流体軸受装置は、固定部と回転部の間に潤滑流体を充填させて、回転部が回転した時に軸受部に動圧を発生させて潤滑流体を介して回転部を支持する構成となっている。そして、軸受剛性を向上するためにロータハブとスリーブの隙間でスラスト軸受と潤滑流体のシール部を構成する技術が開示されている。（例えば、下記特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−１８１３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来の流体軸受装置は、図７に示すようにロータハブ１０１とスリーブ１０２のスラスト軸受面１０１ａとの隙間でスラスト軸受を構成している。ロータハブ１０１は、円筒状突出部１０１ｂなどがあり複雑な形状となっており、スラスト軸受面上１０１ａは旋削加工でないと加工困難なために、スラスト軸受面１０１ａ表面の面粗度が悪くなる。また、ロータハブ１０１はシャフト１０３に圧入するときに圧入部（中央貫通孔）の全周で不均一な塑性変形を起こすのでスラスト軸受面上１０１ａのシャフト１０３に対する直角度は精度が悪くなる。ラジアル軸受はシャフト１０３とスリーブ１０２のラジアル軸受面１０２ａとの半径方向の隙間で構成しているので、ラジアル軸受とスラスト軸受の直角度やスラスト軸受の面粗度が悪いと、回転の起動停止時にスラスト軸受面が接触摺動することによって、スラスト軸受面が焼き付いてしまう。これを防止する為に、例えば、ロータハブ１０１のスラスト軸受面上１０１ａに固体潤滑剤１０４を塗布して２０μｍ程度の層を形成する。その後、１０μｍ程度の層厚になるまで切削や研磨を行い精度良く仕上げ、ラジアル軸受とスラスト軸受の直角度やスラスト軸受の面粗度を確保している。なお、固体潤滑剤１０４の粒子径は１〜１０μｍ程度であり熱硬化性樹脂の中に分散して埋め込まれており、切削がしやすく精度を出しやすくなっている。また、固体潤滑剤は初期の面粗度が悪くても磨耗することで面粗度をよくすることができる。
【０００５】
しかしながら、固体潤滑剤１０４は粒子が熱硬化性樹脂の中に分散しているので、例えば、回転停止時に強い衝撃が加わるとスリーブ１０２の動圧溝と衝突して硬度の低い熱硬化性樹脂がダメージを受けクラックなどが発生し易い。また、回転の起動停止のときにスリーブ１０２の動圧溝によって固体潤滑剤１０４が擦られ固体潤滑剤が磨耗していく。そして、剥落した固体潤滑剤がラジアル隙間に入り込むと、噛み込みによりスリーブ１０２とシャフト１０４がモータロック（モータが回転不能になる現象）を引き起こし、信頼性が低いという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、固体潤滑剤を用いることなくラジアル軸受とスラスト軸受の直角度やスラスト軸受の面粗度を良好にすることで、信頼性が高い流体軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために、本発明のスピンドルモータは、軸受孔を有するスリーブと、前記軸受孔に相対回転自在に挿入されるシャフトと、このシャフトの一端側に一体で設けられた前記軸受孔より径大の大径外周部と、前記シャフトの前記大径外周部に固定され、前記スリーブの軸方向一端側近傍の外周面に対して半径方向に隙間を介して対向する筒状部付き部材と、前記軸受孔内周面と前記シャフト外周面の間に形成されるラジアル軸受部と、前記大径外周部と前記スリーブの軸方向端面との間に形成されるスラスト軸受部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、ラジアル軸受とスラスト軸受を形成するシャフトの面を同時に、精度良く研磨加工することができるので、固体潤滑剤を用いなくてもラジアル軸受とスラスト軸受の直角度とスラスト軸受の面粗度を良好に確保でき、信頼性が高い流体軸受装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明に係る流体軸受装置と、それを用いたスピンドルモータおよび情報装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の説明では、便宜上、図面の上下方向を「軸方向上側」、「軸方向下側」などと表現するが、スピンドルモータの実際の使用状態を限定するものではない。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における流体軸受装置１を含むスピンドルモータ２が搭載されたＨＤＤ（情報装置）３を示すものである。
【００１１】
［ＨＤＤ３全体の構成］
本実施形態に係るＨＤＤ３は、図１に示すように、複数の記録再生ヘッド４ａを含むヘッド部４と、スピンドルモータ２とを内部に搭載している。そして、それぞれの記録再生ヘッド４ａによってディスク（記録媒体）５に対する情報の書き込み、あるいは既に書き込まれた情報の再生を行う。
【００１２】
ヘッド部４は、複数の記録再生ヘッド４ａを搭載しており、ディスク５の表裏面に近接するように配置される。
【００１３】
ディスク５は、ＨＤＤ３に取り付けられる直径が、例えば、０．８５インチ、１．０インチ、１．８インチ、２．５インチ、または３．５インチ等の円板状の記録媒体である。
【００１４】
ベース６は、例えば、アルミ系合金の鋳造品を加工して形成されており、表裏面は電着塗装を施して形成されて、スピンドルモータ２の静止側の部分を構成するとともに、ＨＤＤ３の密閉筐体の一部を構成している。
【００１５】
さらに、ベース６は、その中心部分付近に、流体軸受装置１のスリーブ７を接着固定している。
【００１６】
また、流体軸受装置１の回転側には筒状部付き部材であるロータハブ８が取付けられている。
【００１７】
ロータハブ８は、磁性を有するフェライト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）によって略逆カップ状に形成されている。そして、流体軸受装置１の略Ｔ断面形状のシャフト９の大径外周部９ａに嵌合され、接着や圧入などによって固定されてシャフト９と一体となって回転する。
【００１８】
また、ロータハブ８は、シャフト９の大径外周部９ａに嵌合される中央孔８ａと、ロータマグネット１０が取り付けられる円筒状垂下壁であるマグネット保持部８ｂと、円板状のディスク５が載置される円形段状のディスク載置面８ｃとを有している。
【００１９】
複数のディスク５とスペーサ１１は、略円盤状のディスククランプ１２とディスク載置面８ｃの間に挟まれている。そして、ディスククランプ１２の中央部に設けたネジ止め用孔を介してネジ１３をシャフト９に設けたネジ部９ｂに締め付けることでディスク５をクランプ１２によって押圧固定している。なお、ディスククランプ１２の固定面１２ａがシャフト９の位置規制面９ｃと当接した状態で、ディスク５に対して所定の押圧力が加わるようにしている。
【００２０】
そして、ベース６の表面上には、マグネット保持部８ｂに固定されたロータマグネット１０と軸線方向に対向して、ロータマグネット１０を吸引する薄板リング状の磁性板１４が取り付けられている。
【００２１】
また、スピンドルモータ２は、ディスク５を回転駆動するための回転駆動源となる装置であって、ロータマグネット１０、ステータコア１５、ステータコイル１６および軸受部（流体軸受装置）１等を備えている。
【００２２】
［スピンドルモータ２を構成する各部材の説明］
ロータマグネット１０は、隣接する磁極がＮ極、Ｓ極と交互に配置された、円環状の部材であって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂マグネット等によって形成されている。
【００２３】
そして、ロータマグネット１０は、ステータコア１５と径方向に一定の隙間を介して、ロータハブ８のマグネット保持部８ｂに対して装着され、例えば、接着などによって固着されている。
【００２４】
ステータコア１５は、円周方向に沿ってほぼ等角度間隔で配置された複数の突極部を有しており、この突極部に対してそれぞれステータコイル１６が巻回される。
【００２５】
そして、ステータコア１５は、ステータコイル１６に電流を流すことで発生する磁場によって、ロータマグネット１０に対して、回転力を付与する。
【００２６】
流体軸受装置１は、スピンドルモータ２に含まれる流体軸受装置であって、スピンドルモータ２における中央部付近に配置されている。
【００２７】
［流体軸受装置１を構成する各部材の説明］
流体軸受装置１は、図２に示すように、ベース６に固定された略円筒状のスリーブ７に対してシャフト９が回転するシャフト回転型の流体軸受装置である。
【００２８】
シャフト９は、スリーブ７の内周７ａ（軸受孔）と隙間を介して対向する外周９ｄが形成されている。スリーブ７の内周７ａもしくはシャフト９の外周９ｄにはヘリングボーン形状のラジアル動圧溝（図示せず。）が設けられ、ラジアル軸受を形成している。なお、例えば、スリーブ７の材料は、硬度Ｈｖ３００のオーステナイト系ステンレス鋼であり、シャフト９の材料はマルテンサイト系ステンレス鋼を熱処理したもので硬度がＨｖ５５０以上となっている。 (なお、ここで述べるＨｖ硬度は１００ｇ荷重で測定したビッカース硬度であり以降の硬度はこの測定によるものである)。
【００２９】
シャフトの軸方向上側には、シャフト外周９ｄから大径外周部９ａに向けて径方向外側に広がり伸びるシャフトスラスト面９ｅを設けている。このシャフトスラスト面９ｅは所定の微小な隙間を介してスリーブスラスト面７ｂと対向している。
【００３０】
また、スリーブスラスト面７ｂもしくはシャフトスラスト面９ｅの少なくともどちらか一方には、ヘリングボーン形状のスラスト動圧溝（図示せず）が設けられ、スラスト軸受を形成している。なお、ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝はヘリングボーン形状に限定されるものではなく、例えばスパイラル形状であっても良い。
【００３１】
そして、シャフト９の軸方向下側には円板状の抜止め１７が固定部９ｆに接着、カシメ、圧入、溶着などにより固定されている。
【００３２】
スリーブ７は抜止め１７とシャフトスラスト面９ｅとの間で所定の隙間を設けて保持されている。スリーブ７の軸方向下側は略平板状の封止部材１８を接着固定することで潤滑流体１９が漏れないように封止している。
【００３３】
そして、シャフト９の大径外周部９ａにロータハブ８の円形の中央部８ａを、例えば、圧入接着することで固定している。中央孔８ａの軸方向下側には円筒状突出形状であるシール部８ｄ（筒状部）を設けており、このシール部８ｄはスリーブ７のテーパ部７ｃと対向している。潤滑流体１９の大気との境界液面１９ａは毛細管力によりシール部８ｄとテーパ部７ｃの間に維持されて、潤滑流体１９を軸受内部に保持している。
【００３４】
ここで、テーパ部７ｃは、スリーブ７の軸方向上側、すなわち、スリーブスラスト面９ｅ側の径方向の外周部に設けられ、軸方向下側に向かって縮径するテーパ形状となっている。なお、テーパ部７ｃはテーパ形状に限定されるものではなく軸方向下側に向かって縮径する階段状などであっても良く、テーパ形状と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
次に、シャフト９の製造工程について説明する。
【００３６】
図３に示すように、ブランク加工工程Ｓ１として、最初にマルテンサイト系のステンレス鋼の棒材の切削加工を行う。この工程ではシャフトに図４に示すように大径外周部９ａ、ネジ部９ｂ、位置規制面９ｃ、シャフト外周９ｄ、シャフトスラスト面９ｅ、固定部９ｆを切削によって形成する。なお、この工程では、シャフト外周９ｄとシャフトスラスト面９ｅは研磨加工前の寸法（研磨しろを残した状態）に仕上げている。
【００３７】
次に、熱処理工程Ｓ２によりシャフト９の硬度を上げるために熱処理を行う。熱処理の条件は、例えば、焼入れ温度１０００℃で１．５時間行った後に１１０℃の環境で６時間の焼き戻しの熱処理を行なう。この熱処理により初期の硬度がＨｖ３００程度の硬度をＨｖ５５０以上に高くすることが出来る。ここで、シャフト９と対向してラジアル軸受およびスラストしく受けを形成するスリーブ７の材料は、例えば、硬度がＨｖ３００程度のオーステナイト系のステンレス鋼なので、シャフト９との硬度差がＨｖ１００以上あり、直接シャフト９の軸受形成面がスリーブ７と接触、摺動しても硬度差があるので焼き付きが起こりにくくすることができる。
【００３８】
なお、シャフト９の材料をスリーブ７との硬度差がＨｖ２００以上になるような材料とすれば、より焼き付きを起こりにくくできるので、好ましい。
【００３９】
さらに、次工程として研磨加工工程Ｓ３を行う。
【００４０】
図５（ａ）は研磨加工の加工状態をシャフトの径方向から見た図であり、図５（ｂ）は、その加工状態を図５（ａ）のＡ方向（軸方向）から見た図を示している。図５に示すように、固定台２０にシャフト外周９ｄを載せて、シャフト外周９ｄに矢印Ｇの方向に回転する調整車２１を押し当てる。調整車２１はラバー状の材質で出来ておりシャフト外周９ｄに対して０．５度〜１０度の微小角度傾斜Ｈを持って接触しながら回転する。そのため、シャフト９はＦ方向に力を受けながら矢印Ｊの方向に回転する。そこで、矢印Ｋの方向に回転する砥石２２を押し当てることで、シャフト９は調整車２１と砥石２２に巻き込まれるように固定台２０側にも力を受ける。そのため、シャフト外周９ｄとシャフトスラスト面９ｅはそれぞれ砥石２２のラジアル砥石面２２ａとスラスト砥石面２２ｂと接触して所望の寸法が得られるまで研磨加工される。ここで、砥石のラジアル砥石面２２ａとスラスト砥石面２２ｂは、例えば、ダイヤモンドで削り成形することで直角度を、例えば０．５μｍ程度の小さな値に仕上げている。そのため、研磨後のシャフト外周９ｄとシャフトスラスト面９の直角度は１μｍ以下に仕上げることが出来る。
【００４１】
また、砥石の材料としては、例えば、平均砥粒の径が７５μｍのダイヤモンドやＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）などの超砥粒の砥石を用いている。これにより、面粗度も０．５μｍ以下の低い値を得ることが出来る。
【００４２】
このように加工することにより、ラジアル軸受となるシャフト外周９ｄとスラスト軸受となるシャフトスラスト面９ｅの直角度と面粗度を良好に加工できる。その結果、固体潤滑剤などの表面処理は必要なくなる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、スラスト軸受とラジアル軸受の直角度、およびスラスト軸受の面粗度を、シャフト９に一体で形成された大径外周部９ａによって構成し、所望の精度が得られるので、固体潤滑剤などの表面処理が不要となる。これにより、固体潤滑剤が剥がれてラジアル軸受内部に入り込みシャフト９やスリーブ７が回転時に焼きついて回転不能となること（モーターロック）を防止でき、信頼性の高い流体軸受装置１を提供することができる。
【００４４】
また、図１に示すようにロータハブ８をシャフト９の大径外周部９ａで締結するので締結部の面積を大きくとることができ、締結強度を強くすることが出来る。これによりディスク５を取り付けたときのロータハブ８の変形が少ない流体軸受装置を提供できる。さらに、このような流体軸受装置を情報機器に用いることによってディスク５の変形を少なくしてディスク５の変形によって生じるリードライト時のエラーを防止した情報装置を提供することができる。
【００４５】
（他の実施の形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４６】
（Ａ）
上記実施形態では、図１に示すようにシャフト９の大径外周部９ａにロータハブを圧入接着したが、これに限定されるものではない。
【００４７】
図５のようにシャフト２３に段差部２３ａを設けてロータハブ２４を段差部２３ａと大径外周部２３ｂで固定してもよい。
【００４８】
この場合も実施の形態１と同様の効果も得ることが出来だけでなく、ロータハブ２４の段部２４ａをディスククランプ２５と段差部２３ａで挟み込むようになるので強い押圧力を加えてもロータハブ２４がシャフト２３から外れることがない。そのため、より強い押圧力でディスク２６を取り付けることが可能となりディスク枚数が多く押圧力が必要な情報機器にはより適したものとなる。
【００４９】
（Ｂ）
上記実施形態では、図１に示すスリーブ７の材料としてＨｖ３００程度のフェライト系ステンレス鋼を用いたが、これに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、Ｈｖ２００〜４００の硬度を持つＳＵＳ３０４などのオーステナイト系やＳＵＳ４２０Ｊ２などのマルテンサイト系のステンレス鋼であってもよい。
【００５１】
この場合も熱処理を行なったシャフト９と比較してより硬度差があるので焼き付きが起こりにくく、実施の形態１と同様の効果を得ることが出来る。
【００５２】
また、スリーブ７の材料が切削性の良い真鍮系の材料にニッケルメッキなどの表面処理をしたものでも良い。なお、この場合はニッケルメッキの表面は硬度Ｈｖ６００以上となるので、シャフト７の材料としては熱処理をせずに硬度Ｈｖ４００以下のステンレス鋼にするほうが好ましい。
【００５３】
（Ｃ）
上記実施形態では、図１に示すシャフト９の材料としてマルテンサイト系ステンレス鋼を熱処理して用いたが、これに限定されるものではない。
【００５４】
例えば、硬度Ｈｖ２００〜４００のステンレス鋼の表面に窒化処理をすることで表面硬度をＨｖ５５０以上にしたものであってもよい。
【００５５】
この場合もスリーブ７と硬度差があるので焼き付きが起こりにくく、実施の形態１と同様の効果を得ることが出来る。
【００５６】
（Ｄ）
上記実施形態では、図１等に示すように、情報装置としてＨＤＤ装置に用いられるスピンドルモータの締結について、本発明を適用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５７】
例えば本実施形態の流体軸受装置やスピンドルモータを搭載する装置としては、ＨＤＤ以外にも、光磁気ディスク装置、光ディスク装置、フロッピー（登録商標）ディスク装置、レーザプリンタ装置、レーザスキャナ装置、ビデオカセットレコーダ装置、データストリーマ装置等に対して搭載することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る流体軸受装置と、それを用いたスピンドルモータ及び情報装置は、固体潤滑剤などの表面処理を用いなくても、ラジアル軸受とスラスト軸受の直角度とスラスト軸受の面粗度を良好に確保でき、信頼性が高い流体軸受装置を提供できるので、ハードディスクドライブ装置等に代表される情報装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの断面図
【図２】本発明の実施の形態１における流体軸受装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるシャフトの製造工程を示す図
【図４】同シャフトの断面図
【図５】同シャフトの研磨工程を説明する図
【図６】本発明の他の実施の形態におけるスピンドルモータの断面図
【図７】従来のスピンドルモータの断面図
【符号の説明】
【００６０】
１  流体軸受装置
６  ベース
７  スリーブ
７ａ  内周（軸受孔）
７ｂ  スリーブスラスト面
８  ロータハブ
８ｄ  シール部（筒状部）
９  シャフト
９ａ  大径外周部
９ｄ  外周
９ｅ  シャフトスラスト面
【図１】
2009162240.tif 000003
【図２】
2009162240.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009162240.tif 000007
【図６】
2009162240.tif 000008
【図７】
2009162240.tif 000009