JPH09196060A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高さが低くてコンパクトで、且つ非回転同期
成分の振れを小さくすることができる軸受装置を提供す
る。 【解決手段】 深みぞ玉軸受７の内輪８は軸部材５に軸
受すき間１０を介して外挿されている。深みぞ玉軸受７
の外輪９は基台４の内径面に固定され、基台４は軸部材
５に固定されている。内輪８の内径面に設けたラジアル
軸受面１２にはヘリングボーン状の動圧発生用の溝８ａ
が設けられ、該ラジアル軸受面１２と軸部材５の外周面
に設けたラジアル外周面５ａとにより、ラジアル動圧流
体軸受Ｒが構成されている。内輪８の外径面には、ハブ
６が固着されている。ハブ６の内径面にはロータ１４が
固定され、基台４の外径面にはロータ１４にエアギャッ
プを隔てて配設されたステータ１５が固定されてスピン
ドルモータ２が構成されており、該モータ２の駆動によ
りハブ６が回転駆動されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば磁気ディス
ク装置のスピンドルモータに用いられる軸受装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の軸受装置としては、例え
ば図５に示すものが知られている。この軸受装置は、基
台ａに固定された軸部材ｂと磁気ディスク（図示せ
ず。）が搭載されるハブ（回転体）ｃとの間に軸方向に
互いに離間配置された２個の玉軸受ｄを備えたもので、
該玉軸受ｄによって回転するハブｃのラジアル荷重とア
キシアル荷重とを支持するものである。ハブｃの内径面
にはロータ（マグネット）ｅが固定され、基台ａの外径
面にはロータｅにエアギャップを隔てて周対向に配され
たステータｆが固定されてスピンドルモータｇが構成さ
れており、かかるモータｇの駆動によりハブｃひいては
磁気ディスクが回転駆動されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、磁気
ディスク装置に対する薄型化及び高密度記録化の要請が
ますます高まっており、該磁気ディスク装置のスピンド
ルモータｇの高さを低くすることや非回転同期成分の振
れを小さくすることが求められてる。したがって、スピ
ンドルモータｇに組み込まれている２個の玉軸受ｄに対
しても、高さを低くすることや非回転同期成分の振れを
小さくすることが求められる。

【０００４】しかしながら、上記従来の軸受装置におい
ては、非回転同期成分の振れを小さくすることができな
いのが現状であり、したがって、薄型化と非回転同期成
分の振れを小さくするという両方の課題を解決すること
ができず、磁気ディスク装置に対する薄型化及び高密度
記録化の要請に応えることができなかった。ここで、本
発明者等が鋭意検討した結果、スピンドルモータｇの非
回転同期成分の振れの主な原因は、玉軸受ｄ単体の非回
転同期成分の振れよりも２個の玉軸受ｄの組み立て誤差
に起因するミスアライメントによる影響が大きいという
知見を得、かかる知見に基づいて上記課題を解決するに
至った。

【０００５】本発明はかかる知見に基づいてなされたも
のであり、高さが低くてコンパクトで、且つ非回転同期
成分の振れを小さくすることができる軸受装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明に係る軸受装置は、外輪部材と内輪部材と
の間に玉が配設された玉軸受を備え、内輪部材の内周面
に設けたラジアル軸受面を軸部材の外周面に設けたラジ
アル外周面に軸受すき間を介して外挿すると共に、ラジ
アル軸受面及びラジアル外周面の少なくとも一方に動圧
発生用の溝を設け、さらに、外輪部材と軸部材とを一体
に固定したことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態で
ある軸受装置を説明するための説明的断面図である。図
１は磁気ディスク装置１のスピンドルモータ２に本発明
に係る軸受装置３を組み込んだもので、該軸受装置３
は、基台４に固定された軸部材５と、磁気ディスク（図
示せず。）が搭載されるハブ（回転体）６と、ハブ６を
支持する深みぞ玉軸受７とを備える。玉軸受として配設
した深みぞ玉軸受７は、内輪部材としての内輪８と、外
輪部材としての外輪９と、内輪８と外輪９との間に配設
された複数個の玉１１とを備える。内輪８は、外輪９よ
りも軸方向上方に突出形成され、内輪８の内周面に設け
た円筒状のラジアル軸受面１２は軸部材５の外周面に設
けた円筒状のラジアル外周面５ａに軸受すき間１０を介
して外挿されている。また、外輪９は基台４の内径面に
固定されており、これにより、外輪９が基台４を介して
軸部材５と一体に固定されている。

【０００８】ラジアル軸受面１２にはヘリングボーン状
の動圧発生用の溝８ａが設けられており、該ラジアル軸
受面１２とラジアル外周面５ａとによってラジアル動圧
流体軸受Ｒが構成されている。ここで、この実施の形態
では、内輪８の材質を軸受鋼又はマルテンサイト系のス
テンレス鋼とし、内輪軌道となる外層部を高周波焼入れ
又はレーザ焼入れによりＨＲＣ５８以上に硬くすること
によって、内輪８の内径面にあたる内層部を外挿部より
軟らかくしており、これにより、ラジアル軸受面１２に
動圧発生用の溝８ａをボール転造により容易に塑性加工
できるようにしている。

【０００９】内輪８の外輪９から突出する部分の外径面
には、ハブ６が固着されている。ハブ６の内径面にはロ
ータ（マグネット）１４が固定され、基台４の外径面に
はロータ１４にエアギャップを隔てて周対向に配された
ステータ１５が固定されてスピンドルモータ２が構成さ
れており、該モータ２の駆動により、内輪８が転動体で
ある玉１１及びラジアル動圧流体軸受Ｒの流体膜を介し
てハブ６ひいては磁気ディスクと一体となって回転駆動
されるようになっている。なお、かかる駆動時には、動
圧発生用の溝８ａのポンピング作用により、軸受すき間
１０内の潤滑流体に動圧が発生して、内輪８が軸部材５
に非接触で回転するようになっている。深みぞ玉軸受７
は、ラジアル負荷容量とスラスト負荷容量とを有し、ま
た、ラジアル動圧流体軸受Ｒはラジアル負荷容量を有す
る。深みぞ玉軸受７への予圧は、モータ２のロータ１４
に対するステータ１５の軸方向位置を下方又は上方にず
らせることにより、ロータ１４に下向き又は上向きの磁
気吸引力を作用させて負荷するようにしている。

【００１０】ラジアル軸受面１２の軸方向の両端部に
は、軸受すき間１０から該両端部にはみ出す潤滑流体を
表面張力により保持するためのテーパ部１６が設けられ
ており、これにより、潤滑流体の漏れと周囲への飛散が
防止され、したがって、磁気ディスク装置の磁気ヘッド
とディスク媒体との浮上すき間が小さい場合において
も、潤滑流体の飛散による回転中の磁気ヘッドの損傷を
良好に回避することができる。

【００１１】ここで、テーパ部１６の軸心に対する角度
θは２°〜４５°の範囲が好ましく、２°未満だとテー
パ部１６で保持できる余分な潤滑流体の量が少なくな
り、一方、４５°より大きいと回転中の遠心力によって
潤滑流体が飛散しやすくなる場合がある。回転数が３６
００ｒｐｍよりも高速の場合には、テーパ部１６の軸心
に対する角度θを３０°以下にすると潤滑流体の飛散防
止効果がより顕著になる。

【００１２】なお、ラジアル動圧流体軸受Ｒの少なくと
も回転側の軸受面、すなわち、この実施の形態ではラジ
アル軸受面１２に潤滑流体をはじく性質を持つはつ潤滑
流体剤を被着しておくと、はつ潤滑流体剤にはじかれた
潤滑流体が毛細管現象により軸受すき間１０へ移行して
外部へ飛散しなくなり、軸受すき間１０からの潤滑流体
の流出・飛散の防止を確実に行うことができる。具体的
には、例えば潤滑流体にフッ素油を用いる場合には、軸
受面１２にはシリコン油を予め被着しておき、潤滑流体
に鉱油や合成油を用いる場合には、軸受面１２にはフッ
素油系改質膜を被着しておくとよい。

【００１３】また、この実施の形態では、内輪８の上端
面から回転中に振り切られる潤滑流体の飛散をより確実
に防止するために、内輪８の上端面をハブ６の上面より
も軸方向に若干落ち込ませて段差１７を設け、これによ
り、段差１７に潤滑流体を保持可能にして軸受すき間１
０の潤滑流体がハブ６の上端面へ移行しないようにして
いる。

【００１４】このようにこの実施の形態においては、深
みぞ玉軸受７の内輪８の内径面のラジアル軸受面１２に
動圧発生用の溝８ａを設けている。ラジアル動圧流体軸
受Ｒの作動時、すなわち内輪８の回転時には、軸受すき
間１０は軸方向両端部の圧力が高くなると共に、軸方向
中央部に向かってさらに圧力が高くなる。ラジアル軸受
面１２は、軸受すき間１０の全体を介してラジアル外周
面５ａに支持されるため、従来の軸受装置のように軸方
向に２個の玉軸受を離間配置しなくて済み、この結果、
軸方向の高さが低いコンパクトな軸受装置を提供するこ
とができる。

【００１５】また、１個の深みぞ玉軸受７の内輪８の内
径面をラジアル軸受面１２としてラジアル動圧流体軸受
Ｒを構成しているため、従来の軸受装置のように、２個
の玉軸受の組合せに起因するミスアライメントによる非
回転同期成分の振れの増大を防止でき、この結果、スピ
ンドルモータ２の非回転同期成分の振れを小さくするこ
とができる。

【００１６】さらに、深みぞ玉軸受７の内輪８はラジア
ル動圧流体軸受Ｒの流体膜でダンパ支持されるため、外
部衝撃によって玉と軌道に圧痕がつきにくく、したがっ
て、特に可搬形の磁気ディスク装置において耐衝撃性に
優れたものとすることができ、しかも、ハブ６も流体膜
でダンパ支持されるため、回転中の振動を良好に抑制す
ることができる。

【００１７】なお、上記実施の形態では、内輪８の材質
を軸受鋼又はマルテンサイト系のステンレス鋼とし、内
輪軌道となる外層部を高周波焼入れ又はレーザ焼入れに
よりＨＲＣ５８以上に硬くすることによって、内輪８の
内径面にあたる内層部を外層部より軟らかくしてラジア
ル軸受面１２に動圧発生用の溝８ａをボール転造により
容易に塑性加工できるようにしているが、必ずしもこれ
に限定する必要はなく、例えば、内輪８の材質に浸炭鋼
を用いて内輪軌道及び内輪８の端面のみ浸炭し、その後
の熱処理により外層部及び端面を硬くすることによっ
て、内層部を外層部より軟らかくするようにしてもよ
い。、また、上記実施の形態では、動圧発生用の溝８ａ
の溝パターンとしてヘリングボーン状のものを採用して
いるが、該溝パターンは特に限定されるものではなく、
溝パターンとして例えばスパイラル状のもの等を採用し
てもよい。

【００１８】さらに、上記実施の形態では、動圧発生用
の溝８ａを回転側である内輪８のラジアル軸受面１２の
みに設けているが、必ずしもこのようにする必要はな
く、動圧発生用の溝８ａをラジアル軸受面１２及び固定
側である軸部材５のラジアル外周面５ａの両方に設けて
もよく、または動圧発生用の溝８ａをラジアル外周面５
ａのみに設けてもよい。ラジアル外周面５ａのみに動圧
発生用の溝８ａを設けるようにすると、内輪８は通常の
玉軸受と同じ材質、熱処理で済むというメリットがあ
る。

【００１９】そして、ラジアル外周面５ａに動圧発生用
の溝８ａを設ける場合には、軸部材５の材質としてマル
テンサイト系のステンレス鋼を用いると、熱処理により
硬さを塑性加工可能なＨＲＣ４０〜５０程度に保つこと
により、動圧発生用の溝８ａをボール転造により塑性加
工することができる。また、軸部材５の材質に快削黄
銅、アルミニウム合金等の軟質金属を用いて動圧発生用
の溝８ａの形成の際の塑性加工を容易にしてもよい。さ
らに、軸部材５と基台４を軟質なアルミニウム合金で一
体に製作して動圧発生用の溝８ａの形成の際の塑性加工
を容易にしてもよく、あるいは多少コスト高になるが、
軸部材５の材質としてステンレス鋼等の焼入れ可能なも
のを用いて熱処理等により硬くしておき、動圧発生用の
溝８ａをエッチング加工で形成するようにしてもよい。

【００２０】さらに、上記実施の形態では、玉軸受とし
て深みぞ玉軸受を採用しているが、これに限定されず、
例えばスラスト玉軸受、４点接触玉軸受等の他の玉軸受
を適宜選択して採用することができ、また、玉軸受の形
式、構造、材質及び熱処理等についても上記実施の形態
に限定する必要はなく、適宜変更してもよい。次に、図
２を参照して本発明の第２の実施の形態である軸受装置
について説明する。尚、上述した第１の実施の形態と重
複する部分については同一符号を付してその説明を省略
する。

【００２１】図２は磁気ディスク装置２０のスピンドル
モータ２１に本発明に係る軸受装置２２を組み込んだも
ので、該軸受装置２２は、基台２３に固定された軸部材
２４と、磁気ディスク（図示せず。）が搭載されるハブ
（回転体）２５と、ハブ２５を支持する深みぞ玉軸受２
６とを備える。玉軸受として配設された深みぞ玉軸受２
６は、外輪２９と、内輪２７及び該内輪２７の内径面に
固着されたスリーブ２８と、外輪２９と内輪２７との間
に配設された複数個の玉１１とを備える。ここで、外輪
２９は本発明の外輪部材を構成し、内輪２７及びスリー
ブ２８は本発明の内輪部材を構成する。内輪２７の内径
面には、スリーブ２８が外輪２９より上方に突出して固
着され、スリーブ２８の内径面に設けた円筒状のラジア
ル軸受面３１は軸部材２４の外周面に設けた円筒状のラ
ジアル外周面５ａに軸受すき間３０を介して外挿され、
また、スリーブ２８の外輪２９から突出する部分の外周
面にはハブ２５が固着されている。外輪２９は基台２３
の内径面に固定されており、これにより、外輪２９が基
台２３を介して軸部材２４と一体に固定されている。

【００２２】ラジアル軸受面３１にはヘリングボーン状
の動圧発生用の溝８ａが設けられており、該ラジアル軸
受面３１とラジアル外周面５ａとによりラジアル動圧流
体軸受Ｒが構成されている。ここで、この実施の形態で
は、スリーブ２８の材質を加工性と摺動性に優れた快削
黄銅やりん青銅等の軟質金属とし、ラジアル軸受面３１
への塑性加工による動圧発生用の溝８ａの形成を容易に
すると共に、起動時の接触による境界潤滑性を向上させ
ている。なお、深みぞ玉軸受２６への予圧は、モータ２
１のロータ１４とステータ１５との間に作用する軸方向
の磁気吸引力に加えて、ハブ２５に外輪２９に対向して
固着した磁石３２と強磁性体である外輪２９との間に作
用する軸方向の磁気吸引力とを併用しているが、これに
限定されず、使用条件によってはどちらか一方の磁気吸
引力を作用させるようにしてもよい。なお、磁石３２と
強磁性体の部材の設置場所は、基台２３とハブ２５とが
吸引する方向であればどの位置でもよい。また、基台２
３とハブ２５とに磁石をそれぞれ設置する場合は、磁石
と磁石との軸方向の吸引力による深みぞ玉軸受２６への
予圧でもよく、軸方向の反発力による予圧でもよい。

【００２３】また、この実施の形態では、ラジアル動圧
流体軸受Ｒから潤滑流体が磁気ディスク装置内に飛散す
るのを確実に防止するために、ハブ２５の上面をアルミ
ニウムシート等の遮蔽板３３により覆っている。すなわ
ち、遮蔽板３３によりラジアル動圧流体軸受Ｒの上端側
から磁気ディスク装置内に潤滑流体が飛散するのを防止
すると共に、深みぞ玉軸受２６に内蔵されるシールド板
またはゴムシール（共に図示せず。）によってラジアル
動圧流体軸受Ｒの下端側から磁気ディスク装置内に潤滑
流体が飛散するのを防止して、磁気ディスク装置内への
潤滑流体の飛散を確実に防止している。なお、その他の
構成及び作用効果は上述した第１の実施の形態とほぼ同
一なのでその説明を省略する。

【００２４】次に、図３を参照して本発明の第３の実施
の形態である軸受装置について説明する。尚、上述した
第１の実施の形態と重複する部分については同一符号を
付してその説明を省略する。図３は磁気ディスク装置４
０のスピンドルモータ４１に本発明に係る軸受装置４２
を組み込んだもので、該軸受装置４２は、基台４３に固
定された軸部材４４と、磁気ディスク（図示せず。）が
搭載されるハブ（回転体）４５と、ハブ４５を支持する
スラスト玉軸受４６とを備える。このように玉軸受とし
てスラスト負荷容量を有するスラスト玉軸受４６を用い
ることにより、アキシアル負荷能力を高めている。スラ
スト玉軸受４６は、外輪４９と、内輪４７及び該内輪４
７の内径面に固着されたスリーブ４８と、外輪４９と内
輪４７との間に配設された玉１１とを備える。ここで、
外輪４９は本発明の外輪部材を構成し、内輪４７及びス
リーブ４８は本発明の内輪部材を構成する。スリーブ４
８の内周面に設けた円筒状のラジアル軸受面５１は軸部
材４４の外周面に設けたラジアル外周面５ａに軸受すき
間５０を介して外挿され、また、内輪４７の外径面には
ハブ４５が固着されている。スラスト玉軸受４６の外輪
（外輪部材）４９は基台４３の内径面に固定されてお
り、これにより外輪４９が基台４３を介して軸部材４４
と一体に固定されている。

【００２５】ラジアル軸受面５１にはヘリングボーン状
の動圧発生用の溝８ａが設けられており、該ラジアル軸
受面５１とラジアル外周面５ａとによってラジアル動圧
流体軸受Ｒが構成されている。また、ヘリングボーン状
の動圧発生用の溝８ａは軸方向に２箇所接続して設けら
れており、これによりモーメント荷重に対する剛性を高
めている。ここで、この実施の形態では、第２の実施の
形態と同様に、スリーブ４８の材質を加工性と摺動性に
優れた快削黄銅やりん青銅等の軟質金属とし、ラジアル
軸受面５１への塑性加工による動圧発生用の溝８ａの形
成を容易にすると共に、起動時の接触による境界潤滑性
を向上させている。

【００２６】ハブ４５の外周部にはロータ（マグネッ
ト）５２が固定され、基台４３の外周部にはロータ５２
にエアギャップを隔てて軸方向に対向するステータ５３
が固定されてスピンドルモータ４１が構成されており、
該モータ４１の駆動によりハブ４５ひいては磁気ディス
クが回転駆動されるようになっている。そして、モータ
４１として軸方向対向形を用いることにより、アキシア
ル方向の磁気吸引力を高めて輸送時にハブ４５が軸部材
４４から抜け落ちないようにしている。

【００２７】また、軸部材４４との嵌め合い面となるハ
ブ４５の内周面の互いに１８０°離間した位置には、ハ
ブ４５を軸受に組み立て後に外部から軸受すき間５０に
潤滑流体を注射器（マイクロシリンジ）で充填するため
の溝状の貫通路５４が２箇所設けられている。なお、そ
の他の構成及び作用効果は上述した第１の実施の形態と
ほぼ同一なのでその説明を省略する。

【００２８】次に、図４を参照して本発明の第４の実施
の形態である軸受装置について説明する。この実施の形
態の軸受装置は軸回転タイプのものである。なお、上述
した第１の実施の形態と重複する部分については同一符
号を付してその説明を省略する。図４は磁気ディスク装
置６０のスピンドルモータ６１に本発明に係る軸受装置
６２を組み込んだもので、該軸受装置６２は、基台６３
に内輪６５が固着された深みぞ玉軸受６４を備える。玉
軸受として配設された深みぞ玉軸受６４は、外輪７０
と、内輪６５及び該内輪６５の内径面に固着されたスリ
ーブ６６と、外輪７０と内輪６５との間に配設された複
数の玉１１とを備える。ここで、外輪７０は本発明の外
輪部材を構成し、内輪６５及びスリーブ６６は本発明の
内輪部材を構成している。スリーブ６６の内周面に設け
た円筒状のラジアル軸受面７１は、ハブ６７に固着され
た軸部材６８の外周面に設けた円筒状のラジアル外周面
５ａに軸受すき間６９を介して外挿されている。また、
ハブ６７の内径面には外輪７０が固着されており、これ
により外輪７０がハブ６７を介して軸部材６８と一体に
固定されている。

【００２９】ラジアル軸受面７１にはヘリングボーン状
の動圧発生用の溝８ａが設けられており、該ラジアル軸
受面７１とラジアル外周面５ａとによってラジアル動圧
流体軸受Ｒが構成されている。また、ヘリングボーン状
の動圧発生用の溝８ａは軸方向に２箇所接続して設けら
れており、これによりモーメント荷重に対する剛性を高
めている。ここで、この実施の形態では、第２の実施の
形態と同様に、スリーブ６６の材質を加工性と摺動性に
優れた快削黄銅やりん青銅等の軟質金属とし、ラジアル
軸受面７１への塑性加工による動圧発生用の溝８ａの形
成を容易にすると共に、起動時の接触による境界潤滑性
を向上させている。

【００３０】ハブ６７の外周部にはロータ（マグネッ
ト）７２が固定され、基台６３の外周部にはロータ７２
にエアギャップを隔てて軸方向に対向するステータ７３
が固定されてスピンドルモータ６１が構成されており、
該モータ６１の駆動により軸部材６８と外輪７０がそれ
ぞれ転動体である玉１１及びラジアル動圧流体軸受Ｒの
流体膜を介してハブ６７ひいては磁気ディスクと一体と
なって回転駆動されるようになっている。その他の構成
及び作用効果は上述した第１の実施の形態とほぼ同一な
のでその説明を省略する。

【００３１】なお、上述した軸部材５，２４，４４と、
基台４，２３，４３とを一つの部材で構成して軸部材と
し、該軸部材を直接外輪部材に固定してもよい。また、
軸部材６８とハブ６７とを一つの部材で構成して軸部材
とし、該軸部材を直接外輪部材に固定してもよい。

【００３２】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
では、従来の軸受装置のように軸方向に２個の玉軸受を
離間配置しなくて済むため、軸方向の高さが低いコンパ
クトな軸受装置となり、しかも、２個の玉軸受の組合せ
に起因するミスアライメントによる非回転同期成分の振
れの増大を防止できるので、スピンドルモータ等の非回
転同期成分の振れを小さくすることができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である軸受装置を説
明するための説明的断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態である軸受装置を説
明するための説明的断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態である軸受装置を説
明するための説明的断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態である軸受装置を説
明するための説明的断面図である。

【図５】従来の軸受装置を説明するための説明的断面図
である。

【符号の説明】

３…軸受装置 ５…軸部材 ５ａ…ラジアル外周面 ７…深みぞ玉軸受（玉軸受） ８…内輪（内輪部材） ８ａ…動圧発生用の溝 ９…外輪（外輪部材） １０…軸受すき間 １１…玉 １２…ラジアル軸受面 ２８，４８，６６…スリーブ（内輪部材）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外輪部材と内輪部材との間に玉が配設さ
   れた玉軸受を備え、内輪部材の内周面に設けたラジアル
   軸受面を軸部材の外周面に設けたラジアル外周面に軸受
   すき間を介して外挿すると共に、ラジアル軸受面及びラ
   ジアル外周面の少なくとも一方に動圧発生用の溝を設
   け、さらに、外輪部材と軸部材とを一体に固定したこと
   を特徴とする軸受装置。