JP2004248481A - スピンドルモータ及びハードディスク駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受流体の散逸を効果的に防止するシール装置を有するハードディスク駆動装置用スピンドルモータを提供する。
【解決手段】軸受表面１７を有するステータ３と、ステータ３に対応して回転可能で軸受表面１９を有するロータ５とを備え、２つの軸受表面１７，１９は、対向して配置され、流体軸受を構成するために、軸受流体が存在する半径方向の軸受間隙を形成するハードディスク駆動装置用スピンドルモータにおいて、ステータ及びロータ３，５は、それぞれ対となるシール面３５，３７，３９，４１，４３，４５を有し、これらの対となるシール面３５，３７，３９，４１，４３，４５は、接触することなく対向して配置され、軸受油のない空間４８に対応した軸受間隙をシールするラビリンスシールが形成されるように構成される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルモータ及びハードディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク駆動装置用スピンドルモータは、通常、回転部材である、環状の永久磁石を有するロータと、静止部材である、コイルで巻回されたステータ筒（ｓｔａｃｋ）を有するステータと、から構成される。ここで、ロータは、適当な軸受装置により、ステータに対して回転させられる。
【０００３】
長期間に亘って使用されているローラ軸受と並んで、流体軸受は、今時、その用途を増加させている。流体軸受はジャーナル軸受を改良したものであり、円筒状の内側の軸受表面を有する軸受スリーブと、当該スリーブに取り付けられる円筒状の外側の軸受表面を有するシャフトと、から構成される。シャフトの直径は、スリーブの内径よりも僅かに小さいだけであり、そのため、２つの軸受表面の間に形成される半径方向の軸受ギャップ（間隙）は、潤滑剤、好ましくは油で充填され、連続的なキャピラリ膜を形成する。
【０００４】
軸受スリーブの一端面に密閉シール部を形成することにより、軸受油が流体軸受から漏出することを防止できる。シャフトと軸受の内表面との間の反対側の開口端部においては、円錐状空間が形成可能であり、この空間は、潤滑剤貯蔵部として、また、膨張容積としても作用する。この円錐状空間は、また、軸受をシールする機能も果たす。
【０００５】
キャピラリ力の影響を受けて、シャフトと軸受の円錐状開口部との間の空間にある油は、安定で連続した液体膜を形成し、これが、当該シールをキャピラリシールと称する理由である。
【０００６】
流体軸受を有するスピンドルモータの寿命を制限する主要因は、潤滑剤の品質が時間とともに劣化することであり、それは、軸受油の一部が、気相圧力（蒸気圧）により、気相状態に転化されるからである。ここで、気化速度は、温度に直接比例し、周囲の空気と接触する表面の圧力に反比例する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
潤滑剤の散逸に伴って、モータの起動及び停止時に軸受表面が互いに接触する危険性が増加する。このことは、軸受間隙の厚さよりも大きい摩耗粒子の剥離を引き起こす。その結果、乾燥運転状態となり、軸受表面のかじりによりスピンドルモータの作動が妨害される。
【０００８】
さらに、蒸発した物質は、ハードディスク駆動装置のデータディスク上に析出し、結果として、データキャリアディスク上で読取／書込ヘッドの「固着」が発生し、再度、ハードディスク装置全体の故障に至らしめる。
【０００９】
空気と接触する表面の軸受油がメニスカスを形成し、軸受スリーブの傾斜した内側の端部において相対的に広い表面で、この潤滑油が周囲の空気に暴露されるので、円錐状間隙を覆うキャピラリシールは、気化（蒸発）現象を助長する。
【００１０】
本発明の目的は、流体軸受装置を有するロータを具備するハードディスク駆動装置用スピンドルモータを提供することであり、軸受流体の散逸による故障の確率は、顕著に低減され、モータ寿命は大きく増加する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１に記載された特徴により実現される。請求項１によれば、回転部材と静止部材の両者は、接触することなく対向して配置され、ある種のラビリンスシールを形成するシール面を有する。このようにして、軸受流体近傍の空気と軸受流体との接触面は、周囲の空気と直接に接触することから保護され、このため、気化若しくは蒸発から保護される。
【００１２】
好ましくは、シール面の少なくとも１つには、溝、特に溝模様若しくは切り溝が形成される。これらの溝若しくは溝模様は、回転部材の回転時に、対に配置され互いに分離されているシール面の相対的な動きにより、ある種のポンプ作用がラビリンスシールに形成されるように、構成可能である。このポンプ作用は、空気と流体との接触面に僅かに過剰な圧力を形成し、空気の循環によるいかなる空気の交換も防止する。
【００１３】
接触面近傍の空気は、容易に気化する軸受流体で濃縮される可能性があり、その結果として、空気側の軸受流体濃度が相対的に高くなるため、軸受流体からのアウトガス（ガス散逸）速度が大きく低減され、軸受流体の散逸が顕著に減少し、そのため、流体軸受の寿命が大きく増加する。
【００１４】
分離されたシール面の相対的な回転動作により、シール間隙の空気粒子は、加速力を受け、この力の方向成分は、溝の構成により影響され、結果的に、空気は圧縮され、「擬定常状態」圧力層が形成され、この圧力層は外側から内側に向かって増加し、回転軸と共軸である。この結果、分離されたシール面の間に所謂ラビリンスシールが形成される。
【００１５】
溝に湾曲した若しくは螺旋形状を付与することにより溝の実効長さを増加させ、また、回転軸の方向に外側から内側に向かって溝の幅を確実に減少させることにより、空気を圧縮して上記圧力層を形成させる効果を増強可能である。
【００１６】
別の溝模様は、好ましくは、軸受スリーブの外径において対となるシール面に形成可能である。この切り溝は、隣接して配置され、軸受スリーブの長手方向に対して対角に配置される一定幅の複数の溝により形成される。
【００１７】
実効間隙長さに直接比例し、間隙厚さに反比例するラビリンスシールのシール効果を増加させるために、さらなる一対のシール面がフランジ突出部の面に形成可能であり、この突出部は、軸受スリーブを回転不能に調整するように作用する。この対となるシール面の中で突出部の面上にある１つのシール面がハブ上の対応するシール面と相互作用し、この対となるシール面は、追加的なもの若しくは専用的なもののいずれかとして使用可能である。フランジは、スピンドルモータをハードディスク駆動装置の支持プレートの１つに容易に装着することを可能にする。
【００１８】
この発明のさらなる利点、特性及び特徴は、以下に行う添付の図面を参照する好ましい実施の形態の説明を通じて明らかになるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この実施の形態において、図１に示すスピンドルモータ１は、ステータ３と、回転軸Ｒの回りに回転するロータ５と、を備える。ステータ３は、図示しない支持プレートに固定されるフランジ７を有する。孔９が軸受スリーブ１１の取付けられるフランジ７の中央部に形成されている。軸受スリーブ１１の軸受孔１３の中には、回転シャフト１５が存在し、それにより、軸受スリーブ１１の軸受内表面１７とシャフト１５の軸受表面１９との間に、詳細は図示されない間隙が形成される。このシャフト１５を流体軸受に取付けるために、潤滑剤、好ましくは、油が、シャフト１５と軸受孔１３との間の軸受間隙に導入される。
【００２０】
軸受スリーブは、その下端部２１において対向プレート２３により硬く密閉され、この対向プレートは凹部２５に嵌装されている。半径方向内側に段差のある別の凹部２７に、スラストワッシャー２９を有し、このスラストワッシャー２９は、シャフト１５の端部に回転不能に結合されている。対向プレート２３とスラストワッシャー２９とは、接合、螺号、溶接若しくはコーキングのような通常知られた方法で確実に固着される。
【００２１】
軸受スリーブの上端部３１において、軸受内表面１７は僅かに傾斜し、結果的にシャフト１５と軸受スリーブ１１との間の拡大された領域では、所謂キャピラリシール３２が形成され、このキャピラリシール３２は、潤滑剤貯蔵部及び容積を一定にするものとしても作用することができる。キャピラリシールの領域が妥当な大きさであるときには、標準的な操作条件の下では、軸方向の衝撃に曝されるときであっても、軸受油の表面張力により、軸受間隙から油は決して漏出しないことが確実になる。
【００２２】
軸受スリーブ１１の上端部３１に隣接するシャフト１５の領域には、ハブ３３がシャフト１５に固定されている。軸受スリーブ１１に対向するハブ３３の側部は、軸受スリーブ１１の形状に適合し、互いに垂直な２つのシール面３５，３７を備える。円形のシール面３９は、軸受スリーブ１１の全体の上面１２に延在し、このシール面３９の外径において、さらなる円筒状シール面４１に接続される。
【００２３】
軸受スリーブ１１から突き出し、スラストワッシャー２９と対向するシャフト１５の自由端に対する完全な取付孔により、ハブ３３は、回転不能に固定される。円筒状の凹部を有する突出部は、軸受スリーブの上端部に適合するように、ハブ３３の中心領域を形成し、その結果、軸受スリーブの一部がこの凹部に延在する。ここで、シール面３５，３７は、互いに垂直に形成される。
【００２４】
このため、第１の対であるシール面３５，３９は、軸受スリーブ１１の上面１２に延在し、それらの（静止）シール面３９は、ハブの凹部の底部においてシール面３５と相互作用する。一方、軸受スリーブの外周部１４と重なる領域では、さらなる対のシール面３７，４１が隣接する。
【００２５】
さらなるシール面は、対となるシール面４３，４５により形成される。ここで、ハブ上のシール面４３は、シール面３５に平行な面内で半径方向外側に延在し、軸方向に位置をずらして配置されているが、その一方で、実質的に同一の寸法のシール間隙を形成し、対向するシール面４５は、軸受スリーブ１１に隣接する領域でフランジの突出部の端面に配置される。
【００２６】
このようにして、階段状のシール装置が形成され、このシール装置は、特に独立のシール間隙により形成されるラビリンスシールに好適である。シール面３５乃至４５により境界付けられる階段状のシール間隙は、特に、回転軸Ｒの回りにロータ５を回転させることにより、ラビリンスシールのシール効果に相当するシール効果が生成するような寸法に規定される。
【００２７】
回転軸Ｒと共軸であり、コイルが巻回され、フランジの環状凹部４６に装着されるステータ筒（ｓｔａｃｋ）４７は、軸受スリーブ１１を囲繞する。このステータ筒４７に配置されたロータ磁石５１は、半径方向外側の環状部の内表面のハブ３３に強固に結合される。
【００２８】
フランジ７及びハブ３３の両者は、電気駆動型の駆動ユニットを保持する空間４８に隣接する。ここで、シール面３５乃至４５は、ラビリンスシールを形成し、軸受表面１７，１９により境界付けられる軸受間隙を軸受油のない空間４８に対してシールする。
【００２９】
図２においては、軸受スリーブ１１の上端面１２のシール面３５が詳細に示される。シール面３５において、複数の溝５３から構成される溝模様が機械加工され、この溝模様は、実質的に、タービン翼装置の形態をとる。溝５３は湾曲している。さらに、溝５３は、互いに規則的な間隔で形成され、その幅は、半径方向外側に向かって増加する。この溝模様は、一方では、大気圧に対して正圧となる圧力がキャピラリシール３２領域に形成され、このキャピラリシール３２の軸受表面において空気の交換が最大限に防止されることを確実にする。このようにして、スピンドルモータの寿命を制限する軸受油の気化現象は大きく抑制される。
【００３０】
図３の断面図に部分的に示す軸受スリーブ１１は、複数の溝５５から構成される追加的な溝模様をシール面４１に有する。溝５５は、一定の幅を有する直線状であり、互いに一定の間隔で形成されている。流体軸受のキャピラリシール領域における空気圧の生成を助長するために、溝５５は、軸受スリーブの長手方向に対角に形成されている。
【００３１】
フランジ７のシール面４５には（図１参照）、図２に示す溝模様が形成可能である。勿論、各溝模様は、全てのシール面３５乃至４５に形成可能である。
【００３２】
以上説明したように、この実施の形態においては、軸受スリーブ１１及びハブ３３に階段状に構成され互いに対向して配置されるシール面３５，３９、３７、４１を形成し、追加的にフランジ７及びハブ３３に、互いに対向して配置される別のシール面４３，４５を形成することにより、軸受油のない空間４８に対して軸受間隙をシールするラビリンスシールを構成する。これにより、軸受間隙に充填されている軸受流体の劣化及び散逸を防止し、流体軸受及びスピンドルモータの寿命を増大させることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、シール面の仕上げ精度については特に説明しなかたが、所定の軸受性能を満足し、所望のシール効果を得るために、必要な表面粗度となるように当該シール面に所定の表面仕上げを施してもよい。
【００３４】
なお、上記の実施の形態では、ハードディスク駆動装置の支持プレートの１つに容易装着することを可能にするフランジを利用して、階段状のラビリンスシールを形成すると説明した。従って、この実施の形態におけるスピンドルモータは、ハードディスク駆動装置に使用することが好ましい。しかし、このスピンドルモータの用途は、ハードディスク駆動装置に限定されず、任意のディスク駆動装置に適用可能である。
【００３５】
上記の説明、図面及びクレームで開示された特徴は、この発明を実現するためにそれぞれが重要であり、任意の組合せが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受流体の散逸を効果的に防止するシール装置を有するスピンドルモータを提供することができる。
【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モータの断面図である。
【図２】図１に示す軸受スリーブの正面図である。
【図３】図１に示す軸受スリーブの部分的に露出した側面図である。
【符号の説明】
１ スピンドルモータ
３ ステータ
５ ロータ
７ フランジ
９ 孔
１１ 軸受スリーブ
１３ 軸受孔
１４ 軸受スリーブ外周部
１５ シャフト
１７ 軸受表面
１９ 軸受表面
２１ 軸受スリーブ下端部
２３ 対向プレート
２５ 凹部
２７ 凹部
２９ スラストワッシャー
３１ 軸受スリーブ上端部
３２ キャピラリーシール部
３３ ハブ
３５ シール面
３７ シール面
３９ シール面
４１ シール面
４３ シール面
４５ シール面
４７ ステータ筒
４８ 凹部
５１ ロータ磁石
５３ 溝
５５ 溝
Ｒ 回転軸

Claims (12)

1. 軸受表面（１７）を有する第１の部材（３）と、前記第１の部材（３）に対応して回転可能に調整され軸受表面（１９）を有する第２の部材（５）とを備え、前記軸受表面（１７，１９）は、対向して配置され、流体軸受を構成するために、軸受流体が存在する軸受間隙を形成するスピンドルモータであって、
   前記第１及び第２の部材（３，５）は、それぞれ対となるシール面（３５，３７，３９，４１，４３，４５）を有し、
   前記対となるシール面（３５，３７，３９，４１，４３，４５）は、接触することなく対向して配置され、軸受油のない空間（４８）に対して前記軸受間隙をシールするラビリンスシールを形成する、
   ことを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記第１及び第２の部材（３，５）のうちの１つは、シャフト（１５）と、当該シャフト（１５）に固着されシール面（３５）を有するハブ（３３）とを具備し、前記第１及び第２の部材（３，５）の他の１つは、軸受スリーブ（１１）であり、当該軸受スリーブ（１１）の上端面（１２）にはシール面（３９）が形成され、
   前記ハブ（３３）及び前記軸受スリーブ（１１）の前記シール面（３５，３９）は、互いに対向して配置されラビリンスシールを形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
3. 前記シール面（３５，３９）は前記軸受表面（１７，１９）に隣接することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
4. 前記第１及び第２の部材（３，５）のうちの１つは、前記軸受スリーブ（１１）の外周部（１４）上に少なくとも部分的にシール面（４１）を有し、
   前記第１及び第２の部材（３，５）の他の１つは前記シャフト（１５）に固着され、前記軸受スリーブ（１１）の前記シール面（４１）に対向して配置されるシール面（３７）を有するハブ（３３）を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
5. 前記第１及び第２の部材（３，５）のうちの１つは、その外周部（１４）に装着される軸受スリーブ（１１）と、回転不能に装着されるフランジ（７）とを有し、当該フランジ（７）は、前記軸受スリーブ（１１）と隣接するシール面（４５）を具備し、
   前記第１及び第２の部材（３，５）の他の１つは、前記シャフト（１５）に固着され、前記軸受スリーブ（１１）の前記シール面（４５）に対向して配置されるシール面（４３）を有するハブ（３３）を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
6. 前記シール面（３５，３７，３９，４１，４３，４５）のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの溝（５３，５５）、好ましくは複数の溝（５３，５５）から成る溝模様が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
7. 少なくとも１つの溝（５３，５５）、好ましくは複数の溝（５３，５５）から成る前記溝模様は、前記軸受表面（１７，１９）に向かう前記シール面（３５，３９）に沿って、大気圧に対して正圧となる空気圧が漸次形成されるように構成される、
   ことを特徴とする請求項６に記載のスピンドルモータ。
8. 複数の溝（５３）から成るシール面（３５）の溝模様は、タービン翼形状である、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のスピンドルモータ。
9. 前記溝（５３）は湾曲し、当該溝の幅は、半径方向内側に向かって減少する、ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
10. 複数の溝（５５）から成る溝模様は、前記シール面の少なくとも１つにおいて前記軸受スリーブの長手方向に対して対角に形成された直線状で平行な溝を有する、
    ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のスピンドルモータ。
11. 少なくとも１つの前記シール面（３５，３７，３９，４１，４３，４５）は、所定の表面粗度を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０に記載のスピンドルモータ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載されたスピンドルモータを有するハードディスク駆動装置。

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