JPH1054419A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンパクトで且つ搭載されるディスクのラジア
ル方向の非回転同期成分の振れが小さく、しかも起動時
の起動トルクが小さくて起動停止耐久性に優れたスピン
ドル装置を提供することを課題としている。 【解決手段】ディスク１を搭載したハブ２が、軸部材３
に動圧軸受Ａ及び玉軸受Ｂを介して回転自在に支持され
る。軸部材３と共に固定部材を構成するハウジング４と
回転体を構成するハブ２との間にモータＭが介装され
る。ディスク１の重心と動圧軸受Ａの軸方向中心Ｐ２と
は、ほぼー致している。モータＭの非駆動時にロータ１
３とステータ１４との間に発生する磁気吸引力の合力の
作用線Ｆが玉軸受Ｂを通過してスピンドル装置の軸心に
至る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスク、光
磁気ディスク、光ディスク等の情報・映像・音響機器お
よびその他の精密回転機器等に使用されるディスク駆動
装置用のスピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスク装置に使用されるス
ピンドル装置は、例えば図２に示すようなものがある。

【０００３】即ち、ディスク５０を搭載したハブ５１
が、２個の深溝玉軸受５２，５３により回転自在に軸部
材５４へ支持され、また、その２個の玉軸受５２，５３
よりも軸方向下側の位置において、上記ハブ５１と軸部
材５４を支持するハウジング５５との間にモータ５６が
介装され、そのモータ５６によってハブ５１及びディス
ク５０が回転駆動される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、磁気ディスク
装置等は薄型化や高記録密度化が進展しており、そこに
使われるスピンドル装置としても、軸方向の高さが低
く、且つ回転体であるハブ５１、さらにはディスク５０
の非回転同期成分による振れは、小さいことが要求され
ている。

【０００５】従って、磁気ディスク装置などのスピンド
ル装置に組み込まれている玉軸受５２，５３には、非回
転同期成分の振れが小さいことが要求される。しかしな
がら、玉軸受５２，５３は、玉通過振動や軸受部品のば
ねに起因する本質的な振動を有しており、加工精度をい
くら向上させても非回転同期成分の振れを所定以下の値
にすることは困難である。また。発明者らの研究によれ
ば、スピンドル装置における非回転同期成分の主な原因
は、玉軸受５２，５３単体の非回転同期成分の振れより
も、回転体を支持する２個の玉軸受５２，５３間の組立
誤差に起因するミスアライメントによる影響が大きいこ
とが最近，判明した。

【０００６】一方、２個の玉軸受５２，５３の代わり
に、非回転数同期成分の振れが小さい動圧軸受をラジア
ル軸受およびスラスト軸受として使用したスピンドル装
置が検討されているが、動圧軸受は静止時に軸受面が互
いに接触しているため、起動時の起動トルクが大きいと
いう欠点がある。特にスピンドル装置を縦置き状態で使
用する場合は、起動トルクが大きくなるとともに、起動
・停止の繰り返しによってスラスト軸受面が傷ついた
り、摩耗しやすいという問題がある。

【０００７】本発明は、上記のような問題点に着目し
て、コンパクトで且つ搭載されるディスクのラジアル方
向の非回転同期成分の振れが小さく、しかも起動時の起
動トルクが小さくて起動停止耐久性に優れたスピンドル
装置を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のスピンドル装置は、ディスクを搭載した回
転体を、固定部材に動圧軸受及び玉軸受を介して回転自
在に支持させ、当該回転体に固定したロータと固定部材
に固定したステータとが対向するモータによって回転体
が回転駆動されるスピンドル装置において、上記ディス
クの重心の軸方向位置を動圧軸受の軸方向両端の間に位
置させ、上記モータのロータとステータとの間に発生す
る磁気吸引力のラジアル方向成分は動圧軸受より玉軸受
に多く負荷されることを特徴としている。

【０００９】この発明においては、回転体を玉軸受と動
圧軸受で支持させることで、回転体のアキシアル荷重の
全部が起動時の摩擦が小さい玉軸受で支持される。この
結果、縦置き状態で使用しても起動トルクが小さくな
り、動圧軸受の軸受面の損傷・摩耗が少なく、起動停止
耐久性に優れる。

【００１０】また、回転体を玉軸受と動圧軸受で支持す
ることで、二つの玉軸受で支持する場合のような組立誤
差に起因したミスアライメントによるスピンドル装置の
非回転同期成分の発生が回避される。

【００１１】さらに、ディスクの重心の軸方向位置を、
非回転同期成分が微小或いは零である動圧軸受の軸方向
両端の間に設定しているため、ディスクのラジアル方向
の振れは動圧軸受の振れとほぼ等しくなり、ディスクの
ラジアル方向の非回転同期成分の振れがほぼ零になる。

【００１２】また。モータの起動時及び回転時にロータ
とステータとの間に発生する磁気吸引力のばらつきによ
って発生する吸引力のラジアル方向成分は負荷容量が大
きな玉軸受に動圧軸受より多く負荷され、動圧軸受に負
荷されるラジアル荷重が軽減し、動圧軸受の負荷容量を
小さく設計することが可能となる。つまり、回転体を動
圧軸受だけで支持する場合に比べて軸受トルクが小さく
なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本実施の形態は、磁気ディスク装
置や光ディスク装置等で使用されるスピンドル装置であ
る。

【００１４】まず構成について説明すると、図１に示す
ように、ディスク１を搭載した回転体であるハブ２が、
ラジアル動圧軸受である動圧軸受Ａと動圧軸受Ａより軸
方向に離れた玉軸受Ｂとを介して軸部材３に回転自在に
支持される。軸部材３は、ハウジング４に固定されてハ
ウジング４と共に固定部材を構成する。

【００１５】即ち、軸部材３の一端部（図１では下端
部）がハウジング４に固定され、そして、ハブ２に設け
た挿通孔２ａの下部と軸部材３の外周面との間に玉軸受
Ｂが介挿され、また、挿通孔２ａの上部に取り付けられ
たスリーブ５内周面と軸部材３の外周面とで、動圧軸受
Ａが形成される。上記動圧軸受用のスリーブ５は、ハブ
２の挿通孔２ａの上部に圧入または接着で固着される。

【００１６】上記スリーブ５は、円筒状の形成した外筒
５ａと、外筒５ａ内に圧入可能な外径の円筒状に形成さ
れて外筒５ａ内に圧入された内筒５ｂとで構成されてお
り、内筒５ｂの内周面に動圧発生用の溝１０が形成され
ている。

【００１７】外筒５ａは、内筒５ｂより硬く、軸受鋼又
はステンレス鋼等の硬い金属で、切削、熱処理、研削加
工の工程を経て、予め所定の寸法精度に内外径及び両端
面を仕上げてあり、内筒５ｂは、焼結金属（銅系又は鉄
系）、銅合金、アルミ合金などの軟質金属で形成されて
いる。そして、上記溝１０は、外筒５ａに内筒５ｂを圧
入または焼きばめ等の手段により固着した後、内筒５ｂ
の内周面にボール転造により溝加工し、これにより生じ
た内筒面の盛り上がり除去を外筒５ａの外周面を基準に
して研削加工し、さらに必要に応じて微小突起除去のた
めに内筒５ｂの内周面を砥粒入りブラシでブラッシング
加工することによって形成される。

【００１８】上記玉軸受Ｂは、内輪６が軸部材３へ同軸
に固定されると共に、外輪７がハブ２に固定され、その
内輪６と外輪７の間に複数の転動体である玉８が介装さ
れて構成される。

【００１９】また、玉軸受Ｂの内輪６内周面と軸部材３
とは接着または圧入等で固着される。勿論、すきまばめ
で固定してもよい。すきまばめの場合は、内輪６はハウ
ジング４の上面からわずかに上方へ突出した環状部４ａ
に接して軸方向に支持される。

【００２０】同様に、外輪７のハブ２への取り付けも接
着または圧入等で固着してもよいし、すきまばめでもよ
い。すきまばめの時の隙間の値は、直径で10μｍ以下と
するのが振れ精度的には好ましい。すきまばめを採用す
ると、玉軸受Ｂを挿入するだけで組み立てられるため、
組み立てが容易になる。特に内輪６をすきまばめで使用
すると、玉軸受Ｂを、あらかじめ組み込んだハブ２を軸
部材３に挿入するだけで組み立てが完了するため、組み
立て工数を低減でき、低コスト化ができる。

【００２１】また、外輪７をハブ２へすきまばめで取り
付けると、圧入や接着の際に生じやすい外輪７の変形を
防止でき、玉軸受Ｂの振れ精度を維持することができ
る。また、ハブの挿通孔２ａの軸方向中間部には軸方向
両端部より小径の小径部２０が設けられ、この小径部２
０にスリーブ５の下端面と外輪７の上端面とが接触して
いる。

【００２２】また、動圧軸受Ａは、軸部材３の外周面に
形成された円筒状の一方のラジアル軸受面と上記スリー
ブ５に形成された他方のラジアル軸受面とが、径方向に
所定の軸受隙間をあけて対向し、その軸受隙間に潤滑流
体が充填されて構成される。

【００２３】上記スリーブ５に設けた他方のラジアル軸
受面の軸方向両端部には、それぞれテーパ面が形成され
ている。即ち、他方のラジアル軸受面は、軸方向両端部
に設けられた２個所のテーパ面と、その２個所のテーパ
面間に形成される円筒状の軸受面本体とからなる。

【００２４】上記各テーパ面は、潤滑流体を表面張力に
よって保持するものであり、それぞれ軸受面本体から離
れるにつれて上記軸部材３に設けた一方のラジアル軸受
面から離れるように傾斜している。

【００２５】ここで、上記各テーパ面の軸心からの各傾
斜角度は、それぞれ２°〜４０°程度の範囲で選択する
のが良い。上記テーパ面の傾斜角度は上記２°よりも小
さいと、テーパ面で保持できる潤滑流体が必要以上に少
なくなり、また、４０°よりも大きいと、回転体である
ハブ２の回転時の遠心力によって潤滑流体が飛散し易く
なる。ハブ２の回転数が３６００rpm よりも高速の場合
には、上記テーパ面の傾斜角度を３０°以下に設計する
ことで、潤滑流体の飛散を防止し、より信頼性の高い軸
受装置とすることができる。

【００２６】また、上記スリーブ５の軸受面本体には、
所謂ヘリングボーン状やスパイラル状等の溝からなる動
圧発生用の溝１０が形成されている。勿論、この動圧発
生用の溝１０は、軸部材３の一方のラジアル軸受面に設
けても良いし、軸部材３及びスリーブ５の両方の軸受面
に設けてもよい。

【００２７】なお、上記軸受隙間に充填される潤滑流体
としては、例えば油、グリース、磁性流体等が使用され
る。挿通孔２ａのスリーブ５よりも上側の部分にはシー
ルド板１１がかしめ等の周知の手段で固着されている。
このシールド板１１は、潤滑流体を注入した後に取り付
けられるもので、潤滑流体注入時に軸部材３外周面やス
リーブ５上端面等に潤滑流体が付着しても、シールド板
１１とスリーブ５の上端面との間の軸方向の隙間Ｓで潤
滑流体が保持され、潤滑流体が磁気ディスク１装置内部
に飛散することが防止される。

【００２８】このシールド板１１とスリーブ５の上端面
との間の軸方向の隙間Ｓの幅は、５〜３００μｍ程度が
望ましい。５μｍ未満になると動圧軸受Ａの軸受隙間よ
り小さくなるため、潤滑流体の表面張力による毛細管現
象によって軸受隙間内の潤滑流体をこの軸方向隙間Ｓ内
に吸い出してしまう。また、隙間が３００μm を超える
と、潤滑流体の表面張力による毛細管力が小さくなり、
潤滑流体の保持性を悪くする。

【００２９】なお、本実施の形態のようにハブ２側が回
転する場合、潤滑流体に遠心力が作用するため、シール
ド板１１はかしめだけで固定するのではなく、接着剤等
を併用して密着性を向上させておくことが好ましい。

【００３０】また、シールド板１１のかわりにハブ２に
蓋を取り付けると、潤滑流体が磁気ディスク１装置内部
に飛散することをさらに防ぐことができる。ただし、軸
部材３の上端面が蓋に覆われるために、当該軸部材３の
上端部は自由端に限られ、軸部材３の軸方向両端部を固
定部材によって支持できなくなってしまう。

【００３１】上記構成によって、ディスク１を搭載する
ハブ２は、軸部材３に上記玉軸受Ｂ及び動圧軸受Ａを介
して回転自在に支持された状態になる。また、上記ハブ
２とハウジング４との間であって上記玉軸受Ｂの径方向
外周側位置には、玉軸受Ｂと同心に円環状にモータＭが
介装されている。

【００３２】即ち、ハブ２のハウジング４側の部分に
は、円環状のロータ１３が固定され、また、そのロータ
１３の内周側にステータ１４が所定間隙をあけてロータ
１３と同心に配設され、当該ステータ１４はハウジング
４に固定される。上記ロータ１３は、ステータ１４と対
向する内周部に設けた磁石１３ａと磁石１３ａの外周面
に固定したバックヨーク１３ｂとで構成される。バック
ヨーク１３ｂは、外部への漏洩磁束を少なくするための
ものである。

【００３３】このようにすることで、ロータ１３とステ
ータ１４とが半径方向に対向するモータＭは玉軸受Ｂの
径方向外周に玉軸受Ｂと同心に位置される。そして、上
記モータＭのロータ１３の設定位置をステータ１４より
若干，上側にずらせ、ロータ１３とステータ１４との間
に発生する軸方向吸引力によって、上記玉軸受Ｂへの予
圧が付与される。玉軸受Ｂの接触角の交点( 作用点) は
玉軸受の軸方向中心Ｐ１に対して動圧軸受Ａと反対側に
来るのでスピンドル装置全体のモーメント剛性を大きく
できる。また、モータＭの非駆動時にロータ１３とステ
ータ１４との間に発生する磁気吸引力の合力の作用線Ｆ
は、玉軸受Ｂの外輪軌道と玉８の中心とを通過してスピ
ンドル装置の軸心に至る。従って、起動時及び回転時に
ロータ１３とステータ１４との間に発生する磁気吸引力
のラジアル方向成分のほとんどは玉軸受Ｂに負荷され、
スラスト方向成分は玉軸受Ｂに負荷される。

【００３４】なお、上記玉軸受Ｂへの予圧には、別に設
けた複数の永久磁石による吸引力や反発力、さらには永
久磁石と強磁性体との間に働く吸引力を用いてもよい。
さらには、両者を併用してもよい。なお、回転体に負荷
されるスラスト荷重はほとんど全て玉軸受Ｂで支持され
る。

【００３５】また、上記構成では、ハブ２及びハブ２に
取付けられたスリーブ５等によって回転体が形成され
る。そして、ディスク１の重心と動圧軸受Ａの軸方向中
心Ｐ２とがほぼ一致するように、ディスク取付け面２ｂ
をハブ２に設け、当該取付け面２ｂにディスク１を取り
付ける。

【００３６】次に、上記構成のスピンドル装置の動作や
作用・効果等について説明する。上記装置では、ハブ２
を含む回転体は、軸部材３に対し玉軸受Ｂ及び動圧軸受
Ａによって回転自在に支持され、モータＭを駆動するこ
とで、回転体は、軸部材３を中心として回転する。

【００３７】このとき、動圧軸受Ａは、ハブ２の回転時
には一方のラジアル軸受面と他方のラジアル軸受面とが
非接触の軸受であり、非回転同期成分の振れはほぼ零で
ある。一方、玉軸受Ｂは、本質的に玉８通過振動や玉８
接触部の弾性変形に起因するばねによる回転数に同期し
ない振動があるため、回転数に同期しない非回転同期成
分の振れを有している。

【００３８】つまり、スピンドル装置の回転体は動圧軸
受Ａの軸方向位置と等しい軸方向位置の部分では、非回
転同期成分の振れはほぼ零で回転し、玉軸受Ｂの軸方向
位置と等しい軸方向位置の部分では、玉軸受Ｂ固有の非
回転同期成分の振れがある状態で回転する。

【００３９】そして、本実施の形態では、ディスク１の
重心の軸方向位置と動圧軸受Ａの軸方向中心Ｐ２をほぼ
ー致させているため、ディスク１のラジアル方向の振れ
は動圧軸受Ａの振れとほぼ等しくなり、ディスク１のラ
ジアル方向の非回転同期成分の振れをほぼ零にすること
ができる。この結果、高記録密度化に対応可能となる。

【００４０】ここで、本実施の形態のスピンドル装置
は、２個の玉軸受の組立誤差による傾き等の影響がない
ため、この点からも、非回転同期成分の振れは玉軸受を
２個使用したスピンドル装置よりも小さい。

【００４１】なお、ディスク１の重心の軸方向位置は、
動圧軸受Ａの軸方向位置Ｐ２と一致させる必要はなく、
動圧軸受の軸方向両端の間であって動圧軸受の軸心に位
置させてあれば、ほぼ同様の効果を得ることができる。

【００４２】また、モータＭの非駆動時にロータ１３と
ステータ１４との間に発生する磁気吸引力の合力の作用
線Ｆが玉軸受Ｂを通過してスピンドル装置の軸心に至る
ので、モータＭの起動時及び回転時にロータ１３とステ
ータ１４との間に発生する磁気吸引力のばらつきによっ
て発生するラジアル方向の吸引力の大部分を、負荷容量
が大きな玉軸受Ｂで受けるようになる。つまり、動圧軸
受Ａの負荷容量を大きく設計すると、動トルクも大きく
なってしまうが、上述のようにラジアル動圧軸受Ａに負
荷されるラジアル荷重を軽減することができるために、
ラジアル動圧軸受Ａの負荷容量を小さく設計することが
可能となる。

【００４３】この結果、動圧軸受Ａで問題となる軸受ト
ルクを小さく設定することが可能になる。なお、ロータ
１３とステータ１４との間に発生する磁気吸引力のラジ
アル方向成分は動圧軸受Ａより玉軸受Ｂに多く負荷され
れば良い。

【００４４】なお、モータＭの非駆動時にロータ１３と
ステータ１４との間に発生する磁気吸引力の合力の作用
線Ｆは、玉軸受Ｂを通過してスピンドル装置の軸心に至
ることが好ましいが、玉軸受Ｂの外輪軌道を通過してス
ピンドル装置の軸心に至ることがより好ましく、玉軸受
Ｂの玉８中心を通過してスピンドル装置の軸心に至るこ
とがさらに好ましい。

【００４５】また、ハブ２に取り付けるディスク１は２
枚以上でも良い。例えば、取り付けるディスクが２枚以
上の場合には、２枚以上のディスクが合わさって構成さ
れた一つの重心の軸方向位置をラジアル動圧軸受Ａの軸
方向両端の間であって動圧軸受Ａの軸心に位置すること
で、各ディスクのラジアル方向の非回転同期成分の振れ
をいずれも動圧軸受だけで回転体を支持したときと同等
の大きさに低減することができる。なお、各ディスクの
重心の軸方向の位置をいずれも動圧軸受Ａの軸方向両端
の間であって動圧軸受の軸心に位置させることが望まし
い。

【００４６】また、転がり軸受である玉軸受Ｂは深溝玉
軸受に限定するものではなく、アンギュラ玉軸受、４点
接触玉軸受等を採用してもよい。玉軸受Ｂとして４点接
触玉軸受を使用する場合は、４点接触玉軸受単体でモー
メント剛性を得ることができるので、軸受装置全体のモ
ーメント剛性を向上することができる。また、４点接触
玉軸受を使用した場合は、軸受隙間を負の隙間として軸
受内部で予圧を与えているため、吸引用磁石等の玉軸受
Ｂへの予圧付与機構をなくすことができる。

【００４７】また、上記説明では軸部材３を固定とした
構造で説明したが、軸部材３側が回転する構造でも良
い。さらに、スリーブ５は外筒５Ａと内筒５Ｂとを一体
として一つの部材から構成しても良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明のス
ピンドル装置では、回転体が玉軸受と動圧軸受で支持さ
れ、回転体のアキシアル荷重の全部を玉軸受で支持する
ため、縦置き状態で使用しても起動トルクが小さく、動
圧軸受面の損傷・摩耗が少なく、起動停止耐久性に優れ
る。

【００４９】さらに、起動時及び回動時におけるモータ
のロータとステータとの間に発生する磁気吸引力のばら
つきによって発生するラジアル方向の吸引力が負荷容量
の大きな玉軸受に動圧軸受より多く負荷され、動圧軸受
に負荷されるラジアル荷重が軽減される。この結果、動
圧軸受の負荷容量を小さく設計することが可能となり、
回転体を動圧軸受だけで支持する場合に比べ軸受トルク
を小さくすることが可能となる。従って、装置の軸方向
の高さを低くすることが可能となる。

【００５０】また、回転体を支持する玉軸受を１つとす
ると共にディスクの重心の軸方向位置を動圧軸受の軸方
向両端の間に位置させるため、ディスクのラジアル方向
の振れは動圧軸受の振れとほぼ等しくなり、ディスクの
ラジアル方向の非回転同期成分の振れをほぼ零にするこ
とができる。この結果、高記録密度化に対応可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスピンドル装置を示
す図である。

【図２】従来のスピンドル装置を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

Ａ 動圧軸受 Ｂ 玉軸受 Ｍ モータ Ｐ１ 玉軸受の軸方向中心 Ｐ２ 動圧軸受の軸方向中心 １ ディスク ２ ハブ（回転体） ３ 軸部材（固定部材） ４ ハウジング（固定部材） ５ スリーブ（回転体） ６ 内輪 ７ 外輪 ８ 玉 １３ ロータ １４ ステータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスクを搭載した回転体を、固定部材
   に動圧軸受及び玉軸受を介して回転自在に支持させ、当
   該回転体に固定したロータと固定部材に固定したステー
   タとが対向するモータによって回転体が回転駆動される
   スピンドル装置において、 上記ディスクの重心の軸方向位置を動圧軸受の軸方向両
   端の間に位置させ、上記モータのロータとステータとの
   間に発生する磁気吸引力のラジアル方向成分は動圧軸受
   より玉軸受に多く負荷されることを特徴とするスピンド
   ル装置。