JPH1169714A - スピンドルモータ、及びスピンドルモータを回転体の駆動源とする回転体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動時にスラスト動圧軸受面に接触摺動が生
じないようにする。 【解決手段】 空気動圧軸受によってロータをステータ
に支承するスピンドルモータ又はこのスピンドルモータ
を回転体の駆動源とする回転体装置において、ロータに
固着された空気動圧軸受の構成部材である円柱状部材４
の下面に静圧受圧面１０を形成し、且つ下軸受カバー１
４即ちステータのベースプレート１に絞りを有する放出
口１１を設ける。モータの起動時には、停止時のモータ
の荷重を支える程度の弱い静圧空気をファンモータの如
き静圧発生源から導通路１２と１３を介して前記絞りを
有する放出口１１に供給する。これによって、ロータは
静止位置である第１の所定位置から僅かに離れた第２の
所定位置まで上昇させられるから、スラスト動圧軸受面
に接触摺動が生じるのが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラジアル動圧軸受
部とスラスト動圧軸受部とを有する空気動圧軸受を備え
たスピンドルモータ、及びこのスピンドルモータを磁気
ディスク、光ディスク又はポリゴンミラー等の回転体の
駆動源とした回転体装置に関し、特にその起動時のスラ
スト動圧軸受面の接触摺動による磨耗の防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置、光ディスク装置又は
ポリゴンミラーを含むスキャナー等の回転体装置におい
て、磁気ディスク、光ディスク又はポリゴンミラーを等
の回転体を駆動する駆動源に、空気動圧軸受を備えたス
ピンドルモータが広く採用されている。これは、空気動
圧軸受は構造が複雑でなく小型化が可能なこと、定格回
転中は非接触で回転するから、軸受に起因する振動や回
転むらがなく、しかも高速耐久性に優れていること、更
に油やグリースを用いないから潤滑剤の飛散による汚染
が全くないこと等の特長を有するからである。

【０００３】しかしながら、空気動圧軸受を備えたスピ
ンドルモータは、回転停止時にスラスト軸受の動圧発生
面が固体接触し、従って起動時には接触摺動して磨耗が
生じるという問題がある。これを、空気動圧軸受を備え
た従来のスピンドルモータである図７を参照してより具
体的に説明する。図７において、スラスト動圧軸受はロ
ータ側のハブ７の下端に設けられたドーナツ盤状スラス
ト部材５とステータ側のベースプレート１上に前記ドー
ナツ盤状スラスト部材５に対向して設けられたドーナツ
盤状スラスト押さえ部材６とで構成されている。スラス
ト動圧発生面はドーナツ盤状スラスト部材５の図４に示
す如きスラスト動圧発生溝が設けられた下面と、ドーナ
ツ盤状スラスト押さえ部材６の平滑な上面であり、この
間の間隙はミクロンオーダーという非常に狭いものであ
る。定格回転時には、この狭いすきまに動圧空気がポン
プ作用によって押し込まれるために非接触となるが、回
転停止時には磁気ディスク等の回転体を含むロータが自
重により降下し、ドーナツ盤状スラスト部材５の下面が
ドーナツ盤状スラスト押さえ部材６の上面に着座し、動
圧発生面が固体接触することになる。すると、起動時に
は、ドーナツ盤状スラスト部材５の下面がドーナツ盤状
スラスト押さえ部材６の上面と接触しながら回転するか
ら、接触摺動による磨耗が生じる。

【０００４】スラスト動圧発生面に発生する接触摺動に
よる磨耗は、空気動圧軸受の寿命、従ってスピンドルモ
ータの寿命を短くすることになる。この問題への対応策
として、スラスト動圧軸受の構成部材にセラミック等の
耐磨耗性の高い材料を用いたものと、特開平７−２５９
８４９号公報に開示されている構造に工夫したものがあ
る。後者を図７を参照して説明すれば、ラジアル動圧軸
受面の間隙、即ち図３に示す如きラジアル動圧発生溝が
形成された円柱状部材３の外周面と平滑面である円筒状
部材４の内周面との間隙を、スラスト動圧発生溝が設け
られたドーナツ盤状スラスト部材５の下面と平滑面であ
るドーナツ盤状スラスト押さえ部材６の上面との間隙よ
りも小さくし、ラジアル動圧軸受面が接触するのは止む
を得ないとしてもスラスト動圧軸受面の接触摺動だけは
防止したものである。この場合のラジアル動圧軸受の構
成部材にはセラミックの如き耐磨耗性の高い材料が用い
られている。しかしながら、これらはいずれも加工と組
立が困難であるという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は空気動圧軸受を備えたスピンドルモータ、又はこのス
ピンドルモータを回転体の駆動源とした回転体装置にお
いて、起動時にスラスト動圧軸受面に接触摺動が生じな
いようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気動圧軸受
によってロータをステータに支承するスピンドルモー
タ、又はこのスピンドルモータを回転体の駆動源とする
回転体装置において、モータ静止時のモータの荷重を支
える程度の弱い静圧を前記ロータ又はロータ側軸受部材
に与える手段を備えた。そして、前記弱い静圧を前記ロ
ータ又はロータ側軸受部材に与える手段を、ロータに固
着された軸受部材の下端面に形成した静圧受圧面と、前
記ステータのベースプレートに設けられた絞りを有する
放出口と、及びこの絞りを有する放出口に外部からの弱
い静圧空気を伝える導通路とで構成した。また、前記弱
い静圧を前記ロータ又はロータ側軸受部材に与える手段
を、ロータに固着されたハブの下端面に形成した静圧受
圧面と、前記ステータのベースプレートに設けられた絞
りを有する放出口と、及びこの絞りを有する放出口に外
部からの弱い静圧空気を伝える導通路とで構成した。

【０００７】

【発明の実施の態様】図１は、空気動圧軸受によってロ
ータをステータに支承するスピンドルモータにおいて、
モータ停止時の回転体を含むロータの荷重を支える程度
の弱い静圧をロータ又はロータ側軸受部材に与える手段
を備えた本発明に係るシャフト回転型スピンドルモータ
の一実施例を示す。図１において１はステータのベース
プレート、２はロータのシャフトである。３はシャフト
穴を有する円柱状部材で、そのシャフト穴にはシャフト
２が圧入固着される。４はベースプレートに立設された
円筒状部材である。円筒状部材４には円柱状部材３がミ
クロンオーダーの狭いすきまを設けて挿入される。６は
ドーナツ盤状スラスト押さえ部材で、円柱状部材の上端
面に近接して配置され円筒状部材４の上端に固着され
る。７はシャフト２の上端に同軸にして固着されたロー
タの略カップ状ハブで、フロッピーディスク等の回転体
を外周面に支持する。ステータコイル８は円筒状部材４
の外周面に配置して取り付けられ、ロータ磁石９はステ
ータコイル８に対向した位置で略カップ状ハブ７の内周
面に配置して取り付けられている。

【０００８】１０はロータ側軸受部材である円筒状部材
３の下端面に設けられた静圧受圧面、１１は静圧受圧面
１０に弱い静圧を与える絞りを有する放出口、１２と１
３は放出口１１に弱い静圧空気を伝える導通路である。
そして１４はステータのベースプレートの一部を構成す
るドーナツ盤状下スラスト押さえ部材或いは下軸受カバ
ーである。放出口１１と導通路１２は、この下スラスト
押さえ部材或いは下軸受カバー１４に取り付けられてい
る。放出口１１はシャフト２を中心にして対称に配置さ
れるもので、少なくとも２個設けられる。

【０００９】円柱状部材３と円筒状部材４とで構成され
たラジアル動圧軸受部において、円柱状部材３の外周面
には図３に示す如きラジアル動圧発生溝Ｇ１が形成さ
れ、且つ円筒状部材４の内周面は平滑面とされている。
また円柱状部材３とドーナツ盤状上スラスト押さえ部材
６並びにドーナツ盤状下スラスト押さえ部材１４とで構
成されたスラスト動圧軸受部において、円柱状部材３の
円環状の上端面と下端面には図４に示す如きスラスト動
圧発生溝Ｇ２が形成され、且つドーナツ盤状上スラスト
押さえ部材６の下面並びにドーナツ盤状下スラスト押さ
え部材１４の上面はいずれも平滑面とされている。

【００１０】図５の励磁回路図と図６のタイムチャート
図を参照して起動時と停止時の動作を説明する。時刻Ｔ
1 においてモータの起動スイッチがオンされると、図示
されていないコントローラはファンモータ用スイッチＳ
Ｗ2 をオンし、静圧発生源であるファンモータ１７を起
動させる。するとファンモータから押し出された弱い静
圧空気が導通路１３から導通路１２を経て放出口１１に
与えられる。この弱い静圧空気は、絞りを有する放出口
１１から静圧受圧面１０に放出される。この時点まで
は、円柱状部材３の下端面はスラスト押さえ部材１４の
上面に着座しているが、上記の絞りを有する放出口１１
から放出された弱い静圧空気によって、回転体を含むロ
ータはミクロンオーダーではあるが第２の所定位置に上
昇させられ、ファンンモータ１７が運転中はこの位置を
保持し続ける。なお、円柱状部材の下端面はスラスト押
さえ部材１４の上面に着座している時のロータの位置を
第１の所定位置と言う。要するに、静圧受圧面１０に弱
い静圧空気が絞りを有する放出口１１から与えられるこ
とによって、ロータは第１の所定位置から第２の所定位
置に上昇させられるのである。

【００１１】ロータが第１の所定位置から第２の所定位
置に上昇させられた時点Ｔ2 で、前記コントローラはス
テータ用スイッチＳＷ1 をオンして、ステータコイル８
に励磁電流を流す。この時点では動圧軸受、特にスラス
ト動圧軸受部である円柱状部材３の下端面とドーナツ盤
状下スラスト押さえ部材１４の上面とは離隔しているか
ら、この間に接触摺動は発生しない。即ち、図１のスピ
ンドルモータにおいては、起動時に動圧軸受に接触摺動
は発生しない。

【００１２】モータが高速回転すると、円柱状部材３の
外周面と円筒状部材４の内周面との間のすきまにはラジ
アル動圧が、同時に円柱状部材３の上端面と上スラスト
押さえ部材６の下面並びに円柱状部材３の下端面と下ス
ラスト押さえ部材１４の上面との間の各すきまにはスラ
スト動圧がそれぞれ発生し、モータは空気動圧軸受によ
って円滑に高速回転する。

【００１３】モータの停止スイッチがオフにされると、
前記コントローラはステータ用スイッチＳＷ1 をオフに
してステータコイル８への励磁電流の供給を止め、モー
タを停止させる。ステータコイル８への励磁電流の供給
は無くなっても、モータは慣性でしばらく回転し続け
る。モータの回転が完全に停止した時刻Ｔ4 において、
前記コントローラはファンモータ用スイッチＳＷ2 をオ
フにし、ファンモータ１７の回転を停止させる。する
と、弱い静圧空気の供給は停止されるから、ロータは第
２の所定位置から第１の所定位置に下降し、静止する。

【００１４】ところで、定格回転中は空気動圧軸受によ
ってロータはステータに支承されているから、この間は
静止時のモータの荷重を支える程度の弱い静圧を与えな
くても本発明の課題を解決することが可能である。この
場合、モータの起動時には図６の時刻Ｔ1 でオンしたフ
ァンモータ用ＳＷ2 を、ステータコイル用スイッチＳＷ
1 がオンした時刻Ｔ2 の後の時刻Ｔ5 でオフにし、また
モータの停止時には図６のステータコイル用スイッチＳ
Ｗ1 がオフする時刻Ｔ3 の前の時刻Ｔ6 でファンモータ
用ＳＷ2 をオンし、時刻Ｔ4 でオフにする。これらの制
御は図示していないコントローラによって行われる。な
お、ステータコイル用スイッチＳＷ1 とファンモータ用
ＳＷ2 の制御は、図示していないコントローラで行うと
して説明したが、図５の励磁回路にタイマー或いは遅延
素子等の回路要素を追加することによっても実現でき
る。

【００１５】図２は、空気動圧軸受によってロータをス
テータに支承するスピンドルモータにおいて、モータ停
止時の荷重を支える程度の弱い静圧をロータ又はロータ
側軸受部材に与える手段を備えた本発明に係るシャフト
固定型スピンドルモータの一実施例を示す。図２におい
て１はステータのベースプレート、２はステータのシャ
フトである。３はシャフト穴を有する円柱状部材で、そ
のシャフト穴にはシャフト２が圧入固着される。４は円
筒状部材で、円柱状部材３がミクロンオーダーの狭いす
きまを設けて挿入される。６はドーナツ盤状スラスト押
さえ部材である。７はロータの略カップ状ハブで、フロ
ッピーディスク等の回転体を外周面に支持する。ステー
タコイル８は円柱状部材３の上端に取り付けられ、ロー
タ磁石９はステータコイル８に対向した位置で略カップ
状ハブ７の内周面に配置して取り付けられている。円筒
状部材４は略カップ状ハブ７の内周面に固着されてい
る。また、ドーナツ盤状スラスト押さえ部材６は略カッ
プ状ハブ７の下端部に一体に形成されており、その下端
面はハブ７の下端面を構成している。

【００１６】１０はドーナツ盤状スラスト押さえ部材６
の下面、従ってロータのハブ７の下端面に設けられた静
圧受圧面、１１は静圧受圧面１０に弱い静圧を与える絞
りを有する放出口、１２と１３は放出口１１に弱い静圧
空気を伝える導通路である。絞りを有する放出口１１と
導通路１２は、ベースプレート１に取り付けられてい
る。放出口１１はシャフト２を中心にして対称に配置さ
れるもので、少なくとも２個設けられる。

【００１７】円柱状部材３と円筒状部材４とで構成され
たラジアル動圧軸受部において、円柱状部材３の外周面
には図３に示す如きラジアル動圧発生溝Ｇ１が形成さ
れ、且つ円筒状部材４の内周面は平滑面とされている。
またベースプレート１のスラスト押さえ部材６に対向す
る上面部分とスラスト押さえ部材６とで構成されたスラ
スト動圧軸受部において、ベースプレート１のスラスト
押さえ部材６に対向する上面部分には図４に示す如きス
ラスト動圧発生溝Ｇ２が形成され、且つドーナツ盤状ス
ラスト押さえ部材６の下面は平滑面とされている。

【００１８】図２のスピンドルモータは、その起動時と
停止時、及び定格回転時の動作は、図１のものと全く同
じであるので説明は省略するが、起動時に動圧軸受に接
触摺動は発生しない。

【００１９】図１及び図２のスピンドルモータにおいて
弱い静圧空気の供給源はファンモータであるとして説明
したが、これは静止時のモータの荷重は数１０グラム程
度であり、この荷重を支えてロータを第２の所定位置に
保持するのに、小型ファンモータで充分に可能であるか
らである。しかし、静圧発生源としてはファンモータに
限定されないことは勿論である。

【００２０】図８に、本発明に係るスピンドルモータＳ
Ｍを、回転体であるメディア１５の駆動源としたハード
ディスク装置を示す。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、静圧軸受に用いられている２
〜３気圧の高圧空気でなく、静止時のモータの荷重を支
える程度の弱い静圧を、ロータ又はロータ側軸受に加え
てロータを第１の所定位置から僅かに上昇させた第２の
所定位置に保持するものであるが、起動時における動圧
軸受の接触摺動の発生を防止でき、従って装置の長寿命
化を達成できた。また静止時のモータの荷重を支える程
度の弱い静圧を発生する静圧発生源は、特別に設計製作
する必要はなく市販の小型ファンモータを用いることが
できるから、従来の静圧軸受を備えたスピンドルモータ
に比べると安価に製作できる。更に、絞りを有する放出
口、この放出口に静圧発生源からの静圧空気を伝える導
通路からなる静圧付与手段は構成が簡単なため、装置の
加工や組立が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシャフト回転型スピンドルモータ
の断面図である。

【図２】本発明に係るシャフト固定型スピンドルモータ
の断面図である。

【図３】ラジアル動圧発生溝の一例を示す図である。

【図４】スラスト動圧発生溝の一例を示す図である。

【図５】ステータコイルとファンモータの励磁回路図で
ある。

【図６】ステータコイルとファンモータの励磁の時間関
係を示す図である。

【図７】従来の空気動圧軸受を備えたスピンドルモータ
の断面図である。

【図８】スピンドルモータを駆動源としたハードディス
ク装置の斜視図である。

【符号の説明】

１ ベースプレート ２ シャフト ３ 円柱状部材 ４ 円筒状部材 ５ スラスト部材 ６ スラスト押さえ部材 ７ ハブ ８ ステータコイル ９ ロータ磁石 １０ 静圧受圧面 １１ 絞りを有する放出口 １２ 導通路 １３ 導通路 １４ 動圧軸受用下カバー １５ メディア １６ 電源 １７ ファンモータ ＳＭ スピンドルモータ Ｇ１ ラジアル動圧発生溝 Ｇ２ スラスト動圧発生溝 ＳＷ1 ステータ用スイッチ ＳＷ2 ファンモータ用スイッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気動圧軸受によってロータをステータ
   に支承するスピンドルモータにおいて、静止時のモータ
   の荷重を支える程度の弱い静圧をロータ又はロータ側軸
   受部材に与える手段を備えたことを特徴とするスピンド
   ルモータ。
2. 【請求項２】 前記弱い静圧をロータ又はロータ側軸受
   部材に与える手段を、前記ロータに固着された軸受部材
   の下端面に形成された静圧受圧面と、前記ステータのベ
   ースプレートに設けられた絞りを有する放出口と、及び
   この絞りを有する放出口に外部からの弱い静圧空気を伝
   える導通路とで構成したことを特徴とする請求項１の空
   気動圧軸受を有するスピンドルモータ。
3. 【請求項３】 前記弱い静圧をロータ又はロータ側軸受
   部材に与える手段を、前記ロータに固着されたハブの下
   端面に形成された静圧受圧面と、前記ステータのベース
   プレートに設けられた絞りを有する放出口と、及びこの
   絞りを有する放出口に外部からの弱い静圧空気を伝える
   導通路とで構成したことを特徴とする請求項１の空気動
   圧軸受を有するスピンドルモータ。
4. 【請求項４】 空気動圧軸受によってロータをステータ
   に支承するスピンドルモータであって静止時のモータの
   荷重を支える程度の弱い静圧をロータ又はロータ側軸受
   部材に与える手段を備えたことを特徴とするスピンドル
   モータを、回転体の駆動源とする回転体装置。