JP7686527B2 - Spindle motor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えばハードディスク駆動装置などに用いられるスピンドルモータに係り、特に、シャフトをベースに対して高精度に取り付ける技術に関する。 The present invention relates to spindle motors used in, for example, hard disk drives, and in particular to technology for attaching the shaft to a base with high precision.
最近の記録ディスク装置のスピンドルモータは高い回転精度を要求されるため、固定部に対して回転部が流体動圧軸受部を介して回転するようになっている。流体動圧軸受部は、軸受部材に挿入されたシャフトが軸受部材の内周面と微小隙間を隔てて対向し、その微小隙間には潤滑油が充填された構造を有する。また、軸受部材の内周面とシャフトの少なくともいずれか一方には動圧発生溝が形成されている。軸受部材とシャフトが相対的に回転すると動圧が発生して軸受部材とシャフトとが非接触状態になり、スピンドルモータの回転部が高精度で回転する。 Since the spindle motors of recent recording disk devices are required to have high rotational accuracy, the rotating part rotates relative to the fixed part via a fluid dynamic bearing part. The fluid dynamic bearing part has a structure in which the shaft inserted into the bearing member faces the inner circumferential surface of the bearing member across a small gap, and the small gap is filled with lubricating oil. In addition, dynamic pressure generating grooves are formed on at least one of the inner circumferential surface of the bearing member and the shaft. When the bearing member and the shaft rotate relative to each other, dynamic pressure is generated and the bearing member and the shaft are put into a non-contact state, allowing the rotating part of the spindle motor to rotate with high accuracy.
ここで、流体動圧軸受部は、シャフトが回転部に固定されて回転する場合と、シャフトが固定部に固定されて軸受部材が回転する場合とがある。記録ディスク装置としてハードディスク駆動装置を例にとると、磁気ディスクを搭載するロータハブ(回転部)にシャフトが固定される軸回転型モータと、ステータを保持するベース(固定部)にシャフトが固定される軸固定型モータが考えられる。また、シャフトの固定方法としては圧入と接着を併用することが知られている。 Here, the fluid dynamic bearing may have a shaft fixed to the rotating part and rotate, or a shaft fixed to the fixed part and the bearing member rotates. Taking a hard disk drive as an example of a recording disk device, there may be a rotating shaft type motor in which the shaft is fixed to a rotor hub (rotating part) that carries a magnetic disk, and a fixed shaft type motor in which the shaft is fixed to a base (fixed part) that holds a stator. It is also known that the shaft can be fixed by a combination of press fitting and bonding.
たとえば特許文献1は、CDやDVDなどの光ディスクをターンテーブルに載せて回転させる記録ディスク装置において、変形可能な鉄系材料からなるターンテーブルと、ターンテーブルの中央に備えられ、中孔があり、内周面に溝またはエンボス形状を有する結合部が形成されたターンテーブル内径部と、ターンテーブル内径部の中孔に挿入され、結合部に接触して軸回転を行う回転軸とを含むスピンドルモータが開示されている。そして、結合部の内部直径は、回転軸の外径と同一であるか小さいことを特徴としている。 For example, Patent Document 1 discloses a spindle motor in a recording disk device that rotates optical disks such as CDs and DVDs on a turntable, the spindle motor including a turntable made of a deformable iron-based material, a turntable inner diameter portion provided in the center of the turntable, having a center hole and a coupling portion having a groove or embossed shape on its inner circumferential surface, and a rotating shaft that is inserted into the center hole of the turntable inner diameter portion and comes into contact with the coupling portion to perform axial rotation. The inner diameter of the coupling portion is characterized by being the same as or smaller than the outer diameter of the rotating shaft.
特許文献1の実施形態の記載によれば、ターンテーブル内径部120の中央貫通部には回転軸130が挿入され、回転軸130は挿入される際にターンテーブル内径部120に形成された結合部140に接触する。回転軸130は、挿入される際の結合部140との接触により、結合部140に局部的変形を生じさせるとともにターンテーブル内径部120の中央に固定的に挿入される。ターンテーブル内径部120の結合部140は、溝またはエンボス形状を有することができる。この場合、ターンテーブル内径部120に回転軸130を挿入した後、隙間をボンディング剤で固定することもできる。
According to the description of the embodiment in Patent Document 1, the rotating
上記のようなシャフトの固定方法においては、シャフトとシャフト挿入孔の間は局部的変形を生じさせるしまり嵌めになっているため、大きな圧入力が必要であり、シャフトを圧入する際にかじりが生じやすい。すなわち、シャフトを挿入する際にわずかでもシャフトの中心軸がシャフト挿入孔の中心軸に対して傾いていたり偏心していたりすると、シャフトの先端部が挿入孔の溝やエンボス形状などに食い込んで内周面を損傷させる。シャフトのかじりは圧入に対する抵抗となるが、圧入力が大きいので、その抵抗に打ち勝ってシャフトが挿入されてしまうことがある。そうすると、シャフトは傾きによる取り付け誤差を含んで取り付けられるので、記録ディスクが載置される回転部(ターンテーブルやロータハブ)の回転精度が悪くなる。たとえば、シャフトの取り付け誤差に起因して回転部の回転に同期した繰り返し振れ、いわゆる同期振れ(RRO)が悪化する。一方、軸固定型モータの場合はシャフトをベースに圧入固定し、軸受部材側に回転部を固定するが、シャフトの取付誤差に起因してベース面に対する回転部のディスク載置面の平行度が悪化する。 In the above-mentioned shaft fixing method, the shaft and the shaft insertion hole are fitted together in a tight fit that causes local deformation, so a large press-in force is required, and galling is likely to occur when the shaft is pressed in. In other words, if the central axis of the shaft is tilted or eccentric even slightly with respect to the central axis of the shaft insertion hole when the shaft is inserted, the tip of the shaft will bite into the groove or embossed shape of the insertion hole, damaging the inner surface. The shaft galling creates resistance to the press-in, but since the press-in force is large, the shaft may be inserted overcoming this resistance. In this case, the shaft is installed with an installation error due to the tilt, and the rotation accuracy of the rotating part (turntable or rotor hub) on which the recording disk is placed is deteriorated. For example, the repeated runout synchronized with the rotation of the rotating part, so-called synchronous runout (RRO), is deteriorated due to the installation error of the shaft. On the other hand, in the case of a fixed shaft type motor, the shaft is press-fitted and fixed to the base, and the rotating part is fixed to the bearing member side, but the parallelism of the disk mounting surface of the rotating part relative to the base surface is deteriorated due to the installation error of the shaft.
しかしながら、かじりを避けるために圧入代を小さくするとシャフトの固定強度が不足してしまう。固定強度不足を補うために特許文献1のようにシャフトと挿入孔の内周面との間の隙間を大きくして接着剤の量を増やすと、ハードディスク駆動装置の場合は、接着剤から発生してハードディスクを汚染するアウトガスの量が増えてしまうので好ましくない。 However, if the press-fit allowance is reduced to prevent seizing, the shaft will not be secured firmly enough. If the amount of adhesive is increased by increasing the gap between the shaft and the inner surface of the insertion hole to compensate for the lack of securing strength, as in Patent Document 1, this is not desirable in the case of hard disk drives, as it increases the amount of outgassing that is generated from the adhesive and contaminates the hard disk.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、シャフトの固定強度を損なうことなく、シャフトを高精度に取り付けることができるスピンドルモータを提供することを目的としている。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a spindle motor in which the shaft can be attached with high precision without compromising the fixing strength of the shaft.
本発明は、シャフトと軸受部材の間の微小隙間に潤滑流体を充填させた流体動圧軸受機構を介して固定部に対して回転部が回転するスピンドルモータにおいて、前記回転部または前記固定部はシャフト挿入孔を有し、前記シャフトは、前記シャフト挿入孔を有する前記回転部または前記固定部よりも硬い材料で構成され、前記シャフトは、前記回転部または前記固定部のいずれかに設けられたシャフト挿入孔に圧入されており、前記シャフト挿入孔の内周面は、前記シャフトと接触する部分である第1内周面を含み、前記シャフトの外周面は、前記第1内周面と接触する部分である第1外周面を含み、前記第1内周面の算術平均粗さは、前記第1外周面の算術平均粗さよりも大きいスピンドルモータである。 The present invention relates to a spindle motor in which a rotating part rotates relative to a fixed part via a fluid dynamic bearing mechanism in which a lubricating fluid is filled in a minute gap between a shaft and a bearing member , the rotating part or the fixed part has a shaft insertion hole, the shaft is made of a material harder than the rotating part or the fixed part which has the shaft insertion hole, the shaft is pressed into a shaft insertion hole provided in either the rotating part or the fixed part, the inner surface of the shaft insertion hole includes a first inner circumferential surface which is a portion that comes into contact with the shaft, the outer circumferential surface of the shaft includes a first outer circumferential surface which is a portion that comes into contact with the first inner circumferential surface, and the arithmetic mean roughness of the first inner circumferential surface is greater than the arithmetic mean roughness of the first outer circumferential surface.
また、本発明は、シャフトの外周面と、シャフトを挿入した軸受部材の内周面との間の微小隙間に潤滑流体が満たされた流体動圧軸受機構を介して固定部に対して回転部が回転するスピンドルモータの製造方法であって、前記回転部と前記固定部と、前記回転部および固定部よりも硬い材料で構成されたシャフトとを準備する工程と、前記回転部または前記固定部に内周面の算術平均粗さが前記シャフトの外周面の算術平均粗さよりも大きいシャフト挿入孔を設ける工程と、前記シャフト挿入孔の内周面および前記シャフトの外周面の少なくとも一方に潤滑液体を塗布する工程と、前記潤滑液体の塗布後に前記シャフトを前記シャフト挿入孔に圧入する工程と、を含むスピンドルモータの製造方法である。 The present invention also relates to a method for manufacturing a spindle motor in which a rotating part rotates relative to a fixed part via a fluid dynamic bearing mechanism in which a lubricating fluid is filled in a minute gap between the outer circumferential surface of the shaft and the inner circumferential surface of a bearing member into which the shaft is inserted, and includes the steps of: preparing the rotating part, the fixed part, and a shaft made of a material harder than the rotating part and the fixed part; providing a shaft insertion hole in the rotating part or the fixed part whose inner circumferential surface has an arithmetic mean roughness greater than the arithmetic mean roughness of the outer circumferential surface of the shaft; applying a lubricating liquid to at least one of the inner circumferential surface of the shaft insertion hole and the outer circumferential surface of the shaft; and press-fitting the shaft into the shaft insertion hole after applying the lubricating liquid.
本発明によれば、シャフトの固定強度を損なうことなく、シャフトを高精度に取り付けることができるスピンドルモータを提供することができる。 The present invention provides a spindle motor that allows the shaft to be attached with high precision without compromising the shaft fixing strength.
1.第1実施形態
図1は本発明の第1実施形態を示す図であり、本発明をハードディスク駆動装置に用いられる軸回転型スピンドルモータに適用した例である。スピンドルモータ10は、ベース11を備え、ベース11には上方へ向けて延在する円筒部11aが形成されている。円筒部11aの外周にはステータコア12が固定されている。ステータコア12は、環形状を有する薄板状の軟磁性材料(例えば、電磁鋼板)を軸方向で複数枚積層したものであり、径方向外側に突出した複数の極歯を備えている。複数の極歯は、周方向に沿って等間隔に設けられ、それぞれにコイル13が巻回されている。
1. First embodiment Fig. 1 shows a first embodiment of the present invention, which is an example in which the present invention is applied to a rotating shaft type spindle motor used in a hard disk drive. A
円筒部11aの内周には、スリーブ(固定部、軸受部材)14が圧入や接着等の手段により固定され、スリーブ14の軸受孔14aには、シャフト20が微小隙間を介して挿入されている。軸受孔14aの下端側には、軸受孔14aよりも大径な大径部14bが形成され、大径部14bには、シャフト20の下端外周に圧入によって固定されたリング状をなすフランジ部21が配置されている。大径部14bの下側は、スリーブ14の下端開口部に固定されたカウンタープレート22によって閉塞されている。これにより、シャフト20とスリーブ14の間には上端側だけが開口した微小隙間が形成されている。微小隙間には潤滑油Oが連続的に充填されている。
A sleeve (fixed part, bearing member) 14 is fixed to the inner circumference of the
シャフト20の外周面またはスリーブ14の内周面との間には微小隙間が形成され、それらの互いに対向する面のいずれか一方の軸方向に離間した複数箇所(この例では2箇所)に動圧溝が形成されている。そして、微小隙間に潤滑油が充填されることで流体動圧ラジアル軸受が構成されている。また、フランジ部21の下面および上面と、フランジ部21に対向するスリーブ14の端面とカウンタープレート22との間には微小隙間が形成され、それらの互いに対向する面のいずれか一方に動圧溝が形成されている。そして、微小隙間に潤滑油が充填されることで流体動圧スラスト軸受が構成されている。シャフト20が回転すると、流体動圧ラジアル軸受14cによって半径方向にシャフト20を支持する動圧力が発生し、流体動圧スラスト軸受によって軸方向にシャフト20を浮上させる動圧力が発生して、シャフト20およびフランジ部21はスリーブ14に対して非接触状態となる。
A minute gap is formed between the outer peripheral surface of the
シャフト20は熱処理で硬度が高められたマルテンサイト系ステンレス鋼(たとえば、SUS420J2)からなる。シャフト20の外周面は、研磨加工によって算術平均粗さがRa0.03で仕上げられている。
The
シャフト20の上端部にはロータハブ(回転部)30が圧入により固定されている。ロータハブ30は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている。したがって、ロータハブ30の硬度はシャフト20よりも低い。なお、ロータハブ30は、SUS430等のフェライト系ステンレスで構成してもよい。ロータハブ30にはシャフト20を圧入するためのシャフト挿入孔30aが設けられている。
The rotor hub (rotating part) 30 is fixed to the upper end of the
シャフト挿入孔30aの内周面は、切削加工によってシャフト20の外周面よりも大きい算術平均粗さを有する平滑な円筒面に仕上げられている。本実施例では、シャフト20の外周面の算術平均粗さがRa0.03に対してシャフト挿入孔30aの内周面は算術平均粗さがRa0.2で仕上げられている。シャフト挿入孔30aの内周面の算術平均粗さはこれに限定されず、シャフト20の外周面よりも面が粗くて取り付け精度と固定強度が得られれば、別の組み合わせの算術平均粗さとしてもよい。
The inner peripheral surface of the
たとえば、シャフト20の外周面の算術平均粗さをRa0.05とし、シャフト挿入孔30aの内周面の算術平均粗さをRa0.1という組み合わせにしてもよい。しかし、加工コストを考えた場合、シャフト20の外周面の算術平均粗さをRa0.025~Ra0.2の範囲とし、シャフト挿入孔30aの内周面の算術平均粗さをRa0.1~Ra0.8の範囲とするのが望ましい。ただし、シャフト挿入孔30aの内周面の算術平均粗さはシャフト外周面の算術平均粗さよりも大きくなければならない。
For example, the arithmetic mean roughness of the outer peripheral surface of the
ここで、シャフト挿入孔30aの内周面は、圧入後において、少なくともシャフト20の外周面と接触する部分(第1内周面)の算術平均粗さが、シャフト20の外周面の第1内周面と接触する部分(第1外周面)の算術平均粗さよりも大きければよい。すなわち、シャフト20が圧入されても、シャフト20の外周面に接触しないシャフト挿入孔30aの内周面の部分(たとえば面取り部や座ぐり部)の算術平均粗さは特に限定されない。
Here, the arithmetic mean roughness of at least the portion (first inner surface) of the inner surface of the
シャフト20を圧入する際には、圧入を容易にするために潤滑液体をシャフト20の外周面および/またはシャフト挿入孔30aの内周面に塗布してもよい。潤滑液体としては、液状の接着剤、潤滑油、イソプロピールアルコール(IPA)を用いることができる。圧入による嵌め合いはしまり嵌めであるから、塗布された潤滑液体はシャフトに押し出されることになる。シャフト挿入孔30aの内周面の算術平均粗さがシャフト20の外周面と同じ(例えば0.03)かそれ以下であると、シャフト挿入孔30aの面が滑らかすぎて圧入部には潤滑液体がほとんど残存しないため、かじりが発生してシャフト20の取り付け精度が悪化する場合がある。しかしながら、本発明によれば、シャフト挿入孔30aの内周面はシャフト20の外周面よりも粗い面になっているので、圧入された部分にも潤滑液体が残存してシャフト挿入孔30aの内周面とシャフト20の外周面との間の潤滑効果を発揮できる。そのため、かじりが防止されて高い取付精度が得られる。
When the
しかし、同じ効果を狙ってシャフト20の外周面の表面粗さをシャフト挿入孔30aの内周面の面粗さよりも大きくすることはできない。前述のとおり、シャフト20はロータハブ30よりも高硬度のため、シャフト20の外周面の方が粗いと、低硬度のロータハブ30のシャフト挿入孔30aが接触によって削れてしまう可能性があるためである。また、ロータハブ30のシャフト挿入孔30aが平滑でなくなるほどのマクロ的な凹凸を形成して潤滑液体溜まりを形成するのは好ましくない。ここでいうマクロ的な凹凸とは、たとえばシャフト挿入孔30aに形成された螺旋溝や円周溝、凹凸のパターン形状などを意味する。そのようなマクロ的な凹凸があると研磨加工での内径寸法出しが困難になり、シャフト挿入孔30aの内径寸法精度を損ない、ひいてはシャフト20の取り付け精度や固定強度を損なう虞があるためである。さらに、マクロ的な凹凸があると接着剤や潤滑液体の残存量が多すぎてアウトガスが許容範囲以上に増加ずるので好ましくない。
However, in order to achieve the same effect, the surface roughness of the outer circumferential surface of the
したがって、シャフト挿入孔30aの内周面は圧入部分においてはマクロ的な凹凸のない平滑な円筒面であることが好ましい。これによって、かじりを防止するための潤滑効果が好適に得られる。本実施形態では潤滑液体としてアクリル系嫌気性接着剤を用いている。嫌気性接着剤を用いるとシャフト20とシャフト挿入孔30aの内周面の間に残った接着剤が空気から遮断されて完全に硬化するので、アウトガスの発生が抑制されるとともに、接着効果によるシャフト20の固定強度の増加が得られるので好適である。また、嫌気接着剤の代わりに熱硬化性エポキシ系接着剤を用いることもできる。
Therefore, it is preferable that the inner circumferential surface of the
ロータハブ30の外周部には、平坦なディスク載置部31が形成されている。ディスク載置部31には、ハードディスクがスペーサを介して複数積層される。ディスク載置部31の外周縁には、下方へ向けて延在する円筒部32が形成され、円筒部32の内周には、ヨーク33を介して円環状のロータマグネット34が固定されている。ロータマグネット34は、周方向に沿ってSNSN・・と隣接する部分が交互に異極性となるように着磁されている。ロータマグネット34の内周は、隙間を有した状態でステータコア12の極歯の外周に対向している。そして、コイル13に駆動電流を供給することで、ロータマグネット34を回転させようとする駆動力が生じ、ロータハブ30がシャフト20を軸としてベース11に対して回転する。
A flat
上記構成のスピンドルモータ10においては、シャフト挿入孔30aのシャフト20と接触する第1内周面の算術平均粗さは、第1内周面と接触するシャフト20の第1外周面の算術平均粗さよりも大きいから、シャフト20をシャフト挿入孔30aに圧入すると、シャフト挿入孔30aの内周面の微小な凹凸の凸の部分の先端がシャフト20に押圧されて塑性変形し、シャフト挿入孔30aが拡径して圧入抵抗が低減される。これにより、シャフト20を圧入する際にかじりが生じ難く、ロータハブ30の取付精度を向上させることができるとともに、圧入代を大きくすることができるので、ロータハブ30の固定強度を高めることができる。
In the
一方、ロータハブ30のシャフト挿入孔30aにシャフト20を挿入した時に取付精度が悪いと、ロータハブ30に対するシャフト20の直角度が悪くなる。そのため、シャフト20を中心に回転するロータハブ30の繰り返し振れ、いわゆる同期振れ(RRO)が悪化する。この点、上記構成のスピンドルモータ10においては、シャフト20の取付精度が向上するので、ロータハブ30のRROが改善する。
On the other hand, if the installation accuracy is poor when the
2.第2実施形態
図2は本発明の第2実施形態のスピンドルモータ100を示す断面図である。スピンドルモータ100は、ベース(固定部)110を備えている。ベース110は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成され、シャフト挿入孔112を備えている。
2 is a cross-sectional view showing a
シャフト挿入孔112には、略円筒状をなすシャフト220が圧入により固定されている。シャフト220は、熱処理で硬度が高められたマルテンサイト系ステンレス鋼(例えばSUS420J2)からなる。したがって、シャフト220はベース110よりも硬度が高い。
The
シャフト220の外周面は、研磨加工によって算術平均粗さがRa0.2で仕上げられている。一方、シャフト挿入孔112の内周面は、切削加工によってシャフト220の外周面よりも大きい算術平均粗さを有する平滑な円筒面に仕上げられている。本第2実施形態では、シャフト220の外周面の算術平均粗さがRa0.2に対してシャフト挿入孔112の内周面は算術平均粗さがRa0.8で仕上げられている。
The outer peripheral surface of the
シャフト220の上端部には、円錐軸受部214が形成されている。また、シャフト220の軸方向中間部には円錐軸受部材220aが圧入や接着等の手段により固定されている。円錐軸受部材220aは、オーステナイト系ステンレス鋼であるSUS303により形成されている。
A
ベース110には上方へ向けて延在する円筒部114が形成されている。円筒部114の外周には前記第1実施形態と同様のステータコア120が固定され、ステータコア120の複数の極歯のそれぞれにコイル130が巻回されている。
The
シャフト220の外側には、スリーブ(軸受部材)370が配置されている。シャフト220の円錐軸受部214、シャフト220の軸方向中間部、および円錐軸受部材220aの外周面とスリーブ370の内周面との間には微小隙間が形成され、それらの互いに対向する面のいずれか一方に動圧溝が形成され、微小隙間に潤滑油が連続的に供給されることで流体動圧軸受が構成されている。
A sleeve (bearing member) 370 is disposed on the outside of the
スリーブ370の外周には、ロータハブ(回転部)360が圧入や接着等の手段により固定されている。ロータハブ360の外周部には、平坦なディスク載置部361が形成されている。ディスク載置部361の外周縁には、下方へ向けて延在する円筒部362が形成され、円筒部362の内周には、ヨーク320を介して円環状のロータマグネット330が固定されている。ロータマグネット330の内周は、隙間を有した状態でステータコア120の極歯の外周に対向している。
The rotor hub (rotating part) 360 is fixed to the outer periphery of the
上記構成のスピンドルモータ100においては、シャフト220の外周面の算術平均粗さがRa0.2であり、ベース110のシャフト挿入孔112の内周面の算術平均粗さがRa0.8であるから、シャフト220をシャフト挿入孔112に圧入すると、シャフト挿入孔112の内周面の微小な凹凸の凸の部分の先端がシャフト220に押圧されて塑性変形し、シャフト挿入孔112が拡径して圧入抵抗が低減される。これにより、シャフト220を圧入する際にかじりが生じ難く、ロータハブ360の取付精度を向上させることができるとともに、圧入代を大きくすることができるので、ロータハブ360の固定強度を高めることができる。
In the
3.第3実施形態
図3は第3実施形態のスピンドルモータ500を示す断面図である。スピンドルモータ500は、ベース510を備えている。ベース510は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成され、貫通孔512と、貫通孔512に連続して上方へ向けて延在する円筒部513を備えている。円筒部513の外周には前記第1実施形態と同様のステータコア540が固定され、ステータコア540の複数の極歯のそれぞれにコイル550が巻回されている。貫通孔512には、カップ部材(固定部)520が圧入および接着により固定されている。カップ部材520は、SUS430等のフェライト系ステンレスで構成され、その中央部にはシャフト挿入孔521が形成され、上縁部には上方へ向けて延在する円筒部522が形成されている。
3. Third embodiment FIG. 3 is a cross-sectional view showing a
シャフト挿入孔521には、円柱状をなすシャフト530が圧入により固定されている。シャフト530は、熱処理で硬度が高められたマルテンサイト系ステンレス鋼(例えばSUS420J2)からなる。したがって、シャフト530はカップ部材520よりも硬度が高い。シャフト530の上端部には、他の部分よりも大径な大径部531が形成されている。
A
シャフト530および大径部531の外周面は、研磨加工によって算術平均粗さがRa0.03で仕上げられている。一方、シャフト挿入孔521の内周面は、切削加工によってシャフト530および大径部531の外周面よりも大きい算術平均粗さを有する平滑な円筒面に仕上げられている。本第3実施形態では、530および大径部531の外周面の算術平均粗さがRa0.03に対してシャフト挿入孔521の内周面は算術平均粗さがRa0.1で仕上げられている。
The outer peripheral surfaces of the
シャフト530の外側には、ロータハブ560が配置されている。ロータハブ560の中央には貫通孔561が形成され、貫通孔561の内周面とシャフト530の外周面との間には微小隙間が形成されている。そして、貫通孔561の内周面を上下方向で約三等分した上と下の部分、または、それらの部分に対向するシャフト530の外周面には動圧溝が形成され、微小隙間に潤滑油が充填されることで流体動圧ラジアル軸受532が構成されている。
A
また、ロータハブ560の上端面には、上方へ向けて延在する円筒部562が形成され、円筒部562にシャフト530の大径部531が収容されている。円筒部562の内周面と大径部531の外周面との間には微小隙間が形成されている。そして、円筒部562の内周面または大径部531の外周面に螺旋状をなす溝からなるポンピングシール部533が形成され、ロータハブ560の回転に伴い、潤滑油を流体動圧ラジアル軸受532側に戻すようになっている。
Furthermore, a
ロータハブ560の下端部には、下方へ向かうに従って拡径するテーパ部563が形成されている。テーパ部563の外周面とカップ部材520の円筒部522との間には、断面が楔状の隙間523が形成されてオイル溜まりとされている。また、ロータハブ560の下端面とカップ部材520の底面との間には微小隙間が形成されている。そして、ロータハブ560の下端面またはカップ部材の底面に動圧溝が形成され、微小隙間に潤滑油が充填されることで流体動圧スラスト軸受524が構成されている。
A
ロータハブ560には、そのテーパ部563の下端面と、シャフト530の大径部531に臨む上端面とに連通する循環通路564が形成されている。循環通路564には潤滑油が充填されており、ロータハブ560が回転すると潤滑油に遠心力が作用し、この遠心力は潤滑油を下方へ向けて移動させ、潤滑油を流体動圧スラスト軸受524へ供給する。潤滑油は、また、流体動圧ラジアル軸受532に供給され、さらに循環通路564へ戻される。このように、ロータハブ560が回転して生じるポンプ作用により、潤滑油が循環する。
The
ロータハブ560の外周部には、下方へ向けて延在する円筒部565が形成され、円筒部565の内周には、円環状のロータマグネット570が固定されている。ロータマグネット570の内周は、隙間を有した状態でステータコア540の極歯の外周に対向している。円筒部565の下端縁には、フランジ状のディスク載置部566が形成されている。
A
上記構成のスピンドルモータ500においては、シャフト530の外周面の算術平均粗さがRa0.03であり、カップ部材520のシャフト挿入孔521の内周面の算術平均粗さがRa0.1であるから、シャフト530をシャフト挿入孔521に圧入すると、シャフト挿入孔521の内周面の微小な凹凸の凸の部分の先端がシャフト530に押圧されて塑性変形し、シャフト挿入孔521が拡径して圧入抵抗が低減される。これにより、シャフト530を圧入する際にかじりが生じ難く、ロータハブ560の取付精度を向上させることができるとともに、圧入代を大きくすることができるので、ロータハブ560の固定強度を高めることができる。
In the
4.変更例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
i)上記実施形態は本発明をハードディスクを搭載するスピンドルモータに適用したものであるが、その他の磁気ディスクや光ディスクを搭載するスピンドルモータにも適用することができる。
4. Modifications The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible as follows.
i) In the above embodiment, the present invention is applied to a spindle motor equipped with a hard disk, but it can also be applied to spindle motors equipped with other magnetic disks or optical disks.
ii)図2に示す第2実施形態ではロータハブ360とスリーブ370とを別体に構成しているが、一体的に形成してもよい。
iii)流体動圧スラスト軸受は必ずしも必須ではない。
ii) In the second embodiment shown in FIG. 2, the
iii) A fluid dynamic thrust bearing is not necessarily required.
1.実施例および比較例
具体的な実施例により本発明の効果を詳細に説明する。図1に記載したスピンドルモータ10(シャフト外周面の算術平均粗さ:Ra0.03、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さ:Ra0.2)を実施例1とし、シャフト外周面の算術平均粗さをRa0.05に変更したものを実施例2とした。
The effects of the present invention will be described in detail with reference to specific examples. Example 1 is a
図2に記載したスピンドルモータ100(シャフト外周面の算術平均粗さ:Ra0.2、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さ:Ra0.8)を実施例3とした。また、図3に記載したスピンドルモータ500(シャフト外周面の算術平均粗さ:Ra0.03、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さ:Ra0.1)を実施例4とし、シャフト外周面の算術平均粗さをRa0.1、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さをRa0.5に変更したものを実施例5とした。
The
図1に記載のスピンドルモータ100において、シャフト外周面の算術平均粗さをRa0.05、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さをRa0.04としたものを比較例1とし、シャフト外周面の算術平均粗さをRa0.04、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さをRa0.03としたものを比較例2とした。また、図2に記載のスピンドルモータ10において、シャフト外周面の算術平均粗さをRa0.2、シャフト挿入孔内周面の算術平均粗さをRa0.1としたものを比較例3とした。
In the
2.RRO試験
軸回転型スピンドルモータである実施例1,2,5と比較例1,2とで回転時のRRO振れを測定し、RRO不良率を比較した。これは、同じ構造のスピンドルモータにおいて、シャフト挿入孔の面粗さが大きいロータハブとシャフト挿入孔の面粗さが小さいロータハブに対して、面粗さの大きいシャフトと面粗さの小さいシャフトを組み合わせたときに、不良率にどのような影響が出るかを確認するための試験である。
2. RRO Test The RRO runout during rotation was measured and the RRO defect rate was compared for the shaft rotating spindle motors of Examples 1, 2, and 5 and Comparative Examples 1 and 2. This test was conducted to confirm the effect on the defect rate when a rotor hub with a large surface roughness of the shaft insertion hole and a rotor hub with a small surface roughness of the shaft insertion hole were combined in a spindle motor of the same structure.
RRO試験は以下の要領で行った。異なる面粗さの組合せのスピンドルモータを各100個ずつ7200rpmで回転させた時のロータハブ30のディスク載置面31のRRO振れを確認し、不良率を調べた。具体的には、非接触静電容量プローブPを用いて軸方向変位量を測定し、その振幅をRRO振れとした。次に、RRO振れの測定値が8μm以上のスピンドルモータを不良とみなし、不良率(%)=100×(不良数/試験数)とした。このようにして得た不良率(%)の結果を表1に示す。実施例1、2、5および比較例1、2が示すように、軸回転型スピンドルモータでは、ハブの内周面粗さがシャフトの面粗さよりも大きい組み合わせでRRO不良率が大幅に減少することが確認できた。
The RRO test was performed as follows. 100 spindle motors with different surface roughness combinations were rotated at 7200 rpm, and the RRO runout of the
3.平行度試験
平行度は、図6に示すベースプレート下面の3か所の測定点A1~A3によって定義される基準面Aを測定基準面として、静止した状態で図4に示すディスク載置面31(361)の4か所H1~H4に高さ測定プローブを当接させて高さを計測し、その値より平行度を算出する方法で測定した。なお、平行度は下記数1の式により算出した。
3. Parallelism test The parallelism was measured by using a reference plane A defined by three measurement points A1 to A3 on the lower surface of the base plate shown in Figure 6 as the measurement reference plane, bringing a height measuring probe into contact with four points H1 to H4 on the disk mounting surface 31 (361) shown in Figure 4 while the plate is stationary to measure the height, and calculating the parallelism from the measured value. The parallelism was calculated using the following formula 1.
次に、平行度の測定値が30μm以上のスピンドルモータを不良とみなし、不良率(%)=100×(不良数/試験数)とした。なお、平行度が30μm以上であると、ディスク載置面361に載置したハードディスクがベース510と接触する可能性がある。このようにして得た不良率(%)の結果を表1に併記する。実施例3、4および比較例3が示すように、軸固定型スピンドルモータ100では、シャフト挿入孔112の内周面の粗さがシャフト220の面粗さよりも大きい組み合わせで平行度不良率が大幅に減少することが確認できた。
Next, spindle motors with a parallelism measurement value of 30 μm or more were deemed defective, and the defect rate (%) was set to 100×(defective number/test number). If the parallelism is 30 μm or more, there is a possibility that the hard disk mounted on the
本発明は、磁気ディスクや光ディスクを搭載するスピンドルモータやハードディスク駆動装置などの電子機器に利用可能である。 The present invention can be used in electronic devices such as spindle motors and hard disk drives that are equipped with magnetic disks and optical disks.
10,100,500…スピンドルモータ、11,110,510…ベース(固定部)、11a,114,513…円筒部、12,120,540…ステータコア、13,130,550…コイル、14,370…スリーブ(固定部、軸受部材)、14a…軸受孔、14b…大径部、14c,532,…流体動圧ラジアル軸受、20,220,530…シャフト、21…フランジ部、22…カウンタープレート、30,360,560…ロータハブ(回転部)、30a,112,521…シャフト挿入孔、31,361,566…ディスク載置部、32,362,565…円筒部、33,320…ヨーク、34,330,570…ロータマグネット、214…円錐軸受部、220a…円錐軸受部材、512…貫通孔、520…カップ部材(固定部)、522…円筒部、523…隙間、524…流体動圧スラスト軸受、531…大径部、533…ポンピングシール部、561…貫通孔、562…円筒部、563…テーパ部、564…循環通路、A…測定基準面、O…潤滑油、P…プローブ。
10,100,500...spindle motor, 11,110,510...base (fixed portion), 11a,114,513...cylindrical portion, 12,120,540...stator core, 13,130,550...coil, 14,370...sleeve (fixed portion, bearing member), 14a...bearing hole, 14b...large diameter portion, 14c,532,...fluid dynamic radial bearing, 20,220,530...shaft, 21...flange portion, 22...counter plate, 30,360,560...rotor hub (rotating portion), 30a,112,521...shaft insertion hole, 31, 361, 566...disk mounting portion, 32, 362, 565...cylindrical portion, 33, 320...yoke, 34, 330, 570...rotor magnet, 214...conical bearing portion, 220a...conical bearing member, 512...through hole, 520...cup member (fixed portion), 522...cylindrical portion, 523...gap, 524...fluid dynamic thrust bearing, 531...large diameter portion, 533...pumping seal portion, 561...through hole, 562...cylindrical portion, 563...tapered portion, 564...circulation passage, A...measurement reference surface, O...lubricating oil, P...probe.
Claims (10)
前記回転部または前記固定部はシャフト挿入孔を有し、
前記シャフトは、前記シャフト挿入孔を有する前記回転部または前記固定部よりも硬い材料で構成され、
前記シャフトは、前記回転部または前記固定部のいずれかに設けられたシャフト挿入孔に圧入されており、
前記シャフト挿入孔の内周面は、前記シャフトと接触する部分である第1内周面を含み、
前記シャフトの外周面は、前記第1内周面と接触する部分である第1外周面を含み、
前記第1内周面の算術平均粗さは、前記第1外周面の算術平均粗さよりも大きいスピンドルモータ。 In a spindle motor, a rotating part rotates relative to a fixed part via a fluid dynamic bearing mechanism in which a lubricating fluid is filled in a minute gap between a shaft and a bearing member,
The rotating part or the fixed part has a shaft insertion hole,
the shaft is made of a material harder than the rotating part or the fixed part having the shaft insertion hole,
The shaft is press-fitted into a shaft insertion hole provided in either the rotating part or the fixed part,
an inner circumferential surface of the shaft insertion hole includes a first inner circumferential surface that is a portion that contacts the shaft,
the outer circumferential surface of the shaft includes a first outer circumferential surface that is a portion in contact with the first inner circumferential surface,
A spindle motor, wherein the arithmetic mean roughness of the first inner circumferential surface is greater than the arithmetic mean roughness of the first outer circumferential surface.
前記回転部はディスク載置部を備え、
前記ディスク載置部に取り付けられて回転する記録ディスクを備えた記録ディスク装置。 A spindle motor according to any one of claims 1 to 5 for rotating a rotating part,
the rotating portion includes a disk mounting portion,
A recording disk device including a recording disk that is attached to the disk placement portion and rotates.
前記回転部と前記固定部と、前記回転部および固定部よりも硬い材料で構成されたシャフトとを準備する工程と、
前記回転部または前記固定部に内周面の算術平均粗さが前記シャフトの外周面の算術平均粗さよりも大きいシャフト挿入孔を設ける工程と、
前記シャフト挿入孔の内周面および前記シャフトの外周面の少なくとも一方に潤滑液体を塗布する工程と、
前記潤滑液体の塗布後に前記シャフトを前記シャフト挿入孔に圧入する工程と、
を含むスピンドルモータの製造方法。 A method for manufacturing a spindle motor in which a rotating part rotates relative to a fixed part via a fluid dynamic bearing mechanism in which a lubricating fluid is filled in a minute gap between an outer circumferential surface of a shaft and an inner circumferential surface of a bearing member into which the shaft is inserted, comprising the steps of:
preparing the rotating part, the fixed part, and a shaft made of a material harder than the rotating part and the fixed part;
providing a shaft insertion hole in the rotating portion or the fixed portion, the inner circumferential surface of which has an arithmetic mean roughness greater than the arithmetic mean roughness of the outer circumferential surface of the shaft;
applying a lubricating liquid to at least one of an inner circumferential surface of the shaft insertion hole and an outer circumferential surface of the shaft;
a step of press-fitting the shaft into the shaft insertion hole after applying the lubricating liquid;
A method for manufacturing a spindle motor comprising the steps of:
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