JP2001317548A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組立時に気泡を巻き込む恐れが少なく、且つ
気泡の排出性に優れ、また潤滑剤が枯渇しにくい流体軸
受装置を提供する。 【解決手段】 一端にスラストプレート１５を有する軸
１３と、該軸１３にラジアル流体軸受Ｒの軸受すきまを
介して対向するスリーブ１２と、を備え、スラストプレ
ート１５の両平面１５ｓ，１５ｓとこれに対向するスリ
ーブ１２との間にスラスト流体軸受Ｓが設けられたスピ
ンドルモータにおいて、軸１３を該軸１３の両端面に開
口する貫通穴１３ａを有する中空軸とするとともに、ス
リーブ１２の外周側に環状すきまを設けて潤滑剤溜まり
２２とし、該潤滑剤溜まり２２の一端にスラストプレー
ト１５の外周面１５ａとスリーブ１２との間のすきまに
通じる潤滑剤供給路２５を形成し、潤滑剤溜まり２２を
潤滑剤供給路２５に向かって徐々に狭くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器，音響・
映像機器，事務機器用の流体軸受装置に係り、特に、ノ
ート型パソコン等に使用される磁気ディスク装置（ＨＤ
Ｄ），ファンモータ等に最適な流体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流体軸受装置としては、
例えば図３に示すようなＨＤＤ用スピンドルモータがあ
る。このものは、ベース１に立設した環状の立ち上げ部
１ａにスリーブ２が固着されており、そのスリーブ２に
軸３が回転自在に挿通されている。この軸３の上端には
逆カップ状のハブ４が一体的に取り付けられていて、軸
３とスリーブ２との間には動圧流体軸受部が介在してい
る。

【０００３】すなわち、軸３の下端には円板状のスラス
トプレート５が圧入により固着されていて、スラストプ
レート５の両平面がスラスト流体軸受Ｓのスラスト受面
５ｓ，５ｓとされている。そして、上面側のスラスト受
面５ｓには一方の相手部材であるスリーブ２の下端面が
対向し、このスリーブ２の下端面がスラスト流体軸受Ｓ
のスラスト軸受面２ｓとされている。

【０００４】また、スラストプレート５の下方には、他
方の相手部材であるカウンタープレート６が配置され、
ベース１に固定されている。このカウンタープレート６
の上面がスラストプレート５の下面側のスラスト受面５
ｓに対向して、スラスト流体軸受Ｓのスラスト軸受面６
ｓとされている。上記スラスト受面５ｓ，５ｓ及びスラ
スト軸受面２ｓ，６ｓのうち少なくとも両スラスト受面
５ｓ，５ｓに、エッチング等により形成されたヘリング
ボーン状又はスパイラル状の動圧発生用の溝（図示せ
ず）を備えてスラスト流体軸受Ｓが構成されている。

【０００５】さらに、軸３の外周面には、上下に間隔を
おいて一対のラジアル受面３ｒ，３ｒが形成されてい
る。また、このラジアル受面３ｒ，３ｒに対向して、ス
リーブ２の内周面にラジアル軸受面２ｒ，２ｒが形成さ
れている。そして、ラジアル受面３ｒとラジアル軸受面
２ｒとの少なくとも一方に、例えばヘリングボーン状の
動圧発生用の溝７，７を備えて、ラジアル流体軸受Ｒ，
Ｒが構成されている。

【０００６】そして、立ち上げ部１ａの外周にはステー
タ８が固定され、ハブ４の内周面下側に固定されている
ロータ磁石９とギャップを介して周面対向して駆動モー
タＭを形成しており、この駆動モータＭにより軸３とハ
ブ４とが一体的に回転駆動される。軸３が回転すると、
スラスト流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒの各動圧発
生用の溝のポンピング作用により、各流体軸受Ｓ，Ｒの
軸受すきまの潤滑剤に動圧が発生して、軸３はスリーブ
２及びカウンタープレート６と非接触となり支承され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなＨＤＤ用
スピンドルモータにおいては、長期信頼性が求められて
いる。しかしながら、従来の流体軸受装置では、スリー
ブに軸部材を挿入後に潤滑剤を注入してからカウンター
プレートを取り付けるので、組立時にスラストプレート
外周面と相手部材との間のすきまや軸受すきまに気泡が
閉じ込められ残留する恐れがあった。また、残留した気
泡は排出しにくいという問題があった。

【０００８】気泡が残留していると使用時の温度変化に
よって該気泡が膨張し、軸受すきまから潤滑剤を押し出
して潤滑剤が枯渇する恐れがあり、その結果、回転中に
スピンドルモータが焼き付く恐れがあった。また、取り
扱い時の外部衝撃や回転中の遠心力によっても、軸受す
きま内の潤滑剤が押し出されたり飛散する可能性があ
る。その結果、軸受すきま内の潤滑剤が枯渇して、スピ
ンドルモータの長期信頼性に問題が生じる恐れがあっ
た。

【０００９】そこで本発明は、上記のような従来の流体
軸受装置が有する問題点を解決し、組立時に気泡を巻き
込む恐れが少なく、且つ気泡の排出性に優れていて、ま
た潤滑剤が枯渇しにくい流体軸受装置を提供することを
課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち本発明
の流体軸受装置は、一端にフランジ部を有する軸と、該
軸に流体軸受すきまを介して対向する相手部材と、を備
えた流体軸受装置において、前記軸を該軸の両端面に開
口する貫通穴を有する中空軸とするとともに、前記相手
部材の外周側にすきまを設けて潤滑剤溜まりとし、該潤
滑剤溜まりの一端に前記フランジ部の外周面と前記相手
部材との間のすきまに通じる潤滑剤供給路を形成し、前
記潤滑剤溜まりを前記潤滑剤供給路に向かって徐々に狭
くしたことを特徴とする。

【００１１】前記軸を貫通穴を有する中空軸とすれば、
流体軸受装置を組み立てた後に該貫通穴から潤滑剤を該
流体軸受装置の内部に注入することができるので（例え
ば、前記貫通穴にディスペンサを挿入して潤滑剤を注入
する方法等）、潤滑剤の注入が容易で且つその際に気泡
が内部に巻き込まれる恐れが少ない。注入された潤滑剤
は表面張力によって軸受すきま内に充填されるが、前記
潤滑剤溜まりの形状が上記のようにテーパ状となってい
るので、余分な潤滑剤は前記潤滑剤溜まりに保持され
る。このとき、潤滑剤に気泡が残留していたとしても、
表面張力によって前記潤滑剤溜まりの狭い方に潤滑剤が
集まり、前記気泡は前記潤滑剤溜まりの広い方に集まっ
て外気に排出される。

【００１２】また、前記フランジ部の外周面と前記相手
部材との間のすきまに向かって、前記潤滑剤供給路から
潤滑剤が自動的に給油されるので、該すきまと連通する
スラスト流体軸受やラジアル流体軸受の軸受すきま内の
潤滑剤が枯渇しにくい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体軸受装置の実施
の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 （第一実施形態）図１は、本発明に係る流体軸受装置の
第一実施形態であるスピンドルモータの断面図である。
このスピンドルモータは、軸１３がベース１１と一体と
なっていて、その固定軸１３にラジアル流体軸受Ｒ及び
スラスト流体軸受Ｓを介して支承されるスリーブ１２が
ハブ１４と共に回転する方式、すなわち軸固定，スリー
ブ回転タイプのスピンドルモータである。

【００１４】ベース１１の中央に軸１３が立設されてい
て、この軸１３は圧入によりベース１１に固着されてい
る。なお、該軸１３は、その両端面に開口する貫通穴１
３ａを有する中空軸となっている。軸１３は円筒体状の
スリーブ１２に回転自在に挿通されていて、このスリー
ブ１２は図示しない磁気ディスクを外周部に搭載する逆
カップ状のハブ１４の中心部に圧入により固着されてい
る。

【００１５】また、スリーブ１２は、内スリーブ１２Ａ
と外スリーブ１２Ｂとが一体に固着された二重構造とな
っていて、軸１３は内スリーブ１２Ａに挿通されてい
る。すなわち、外スリーブ１２Ｂは天板１２Ｂａを有す
る円筒体状で、外スリーブ１２Ｂがハブ１４に一体に固
着されている。そして、内スリーブ１２Ａはフランジ１
２Ａｆを有する円筒体状で、フランジ１２Ａｆが外スリ
ーブ１２Ｂの下部の内周面に固着されていて、これによ
り内スリーブ１２Ａの外周面と外スリーブ１２Ｂの内周
面との間に、潤滑剤溜まり２２を構成する環状すきまが
形成されている。この潤滑剤溜まり２２の下端には、外
気と連通する空気抜き穴２３が設けられている。この空
気抜き穴２３は、潤滑剤溜まり２２の下端から下方に垂
直に延び、内スリーブ１２Ａの下端面に開口している。
もちろん、空気抜き穴２３は、外スリーブ１２Ｂの内ス
リーブ１２Ａとのはめあい面に軸方向のスリットを形成
するようにして設けてもよい。この潤滑剤溜まり２２の
構造については、後にさらに詳述する。

【００１６】内スリーブ１２Ａの上端から突出した軸１
３の上端には、円板状のスラストプレート１５が圧入に
より固着されている。ただし、スラストプレート１５
は、接着やねじ止め等により固着してもよいし、軸１３
と一体に加工されたものでもよい。なお、スラストプレ
ート１５が、本発明の構成要件たるフランジ部に相当す
る。

【００１７】また、ベース１１には、軸１３の径方向外
方に環状の立ち上げ部１１ａが設けてあり、この立ち上
げ部１１ａと軸１３との間にスリーブ１２の下部が配置
されている。スラストプレート１５の上面は、一方の相
手部材でありカウンタープレートに相当する外スリーブ
１２Ｂの天板１２Ｂａの下面と対向し、停止時には両対
向面同士が当接している。また、スラストプレート１５
の下面は、他方の相手部材である内スリーブ１２Ａの上
端面と対向している。

【００１８】スラストプレート１５の上下の両平面はス
ラスト受面１５ｓ，１５ｓとされる。そして、上面側の
スラスト受面１５ｓに対向する外スリーブ１２Ｂの天板
１２Ｂａの下面及び下面側のスラスト受面１５ｓに対向
する内スリーブ１２Ａの上端面が、それぞれスラスト軸
受面１２Ｂｓ及び１２Ａｓとされる。さらに、スラスト
受面１５ｓ，１５ｓ及びスラスト軸受面１２Ａｓ，１２
Ｂｓのうち少なくとも一方に、例えばヘリングボーン状
の動圧発生用の溝（図示せず）を備えて、スラスト流体
軸受Ｓを構成している。

【００１９】一方、軸１３の外周面には、軸方向に間隔
をおいて上下に一対のラジアル受面１３ｒ，１３ｒが形
成されるとともに、このラジアル受面１３ｒ，１３ｒに
対向するラジアル軸受面１２ｒ，１２ｒが内スリーブ１
２Ａの内周面に形成されており、ラジアル軸受面１２
ｒ，１２ｒに例えば、くの字状のヘリングボーン状の動
圧発生用の溝１７，１７を備えて、ラジアル流体軸受
Ｒ，Ｒが構成されている。なお、動圧発生用の溝１７
は、ラジアル受面１３ｒに設けてもよいし、ラジアル軸
受面１２ｒとラジアル受面１３ｒとの両方に設けてもよ
い。

【００２０】また、スピンドルモータのトルクを小さく
するために、上下２つのラジアル流体軸受Ｒ，Ｒに挟ま
れた内スリーブ１２Ａの内周面（又は軸１３の外周面あ
るいは内スリーブ１２Ａの内周面と軸１３の外周面との
双方でもよい）に、ラジアル流体軸受Ｒの軸受すきまに
向かってすきまが狭くなるテーパ状の周溝からなる逃げ
溝２１を設けている。

【００２１】また、潤滑剤溜まり２２の内面を形成する
外スリーブ１２Ｂの内周面はテーパ面２４とされてい
て、これにより潤滑剤溜まり２２は上方のスラスト流体
軸受Ｓ（スラストプレート１５の外周面１５ａとそれに
対向する外スリーブ１２Ｂの内周面との間のすきま）に
向かってその幅（すきま）が徐々に狭くなっている。も
っとも、テーパ面２４は必ずしも外スリーブ１２Ｂの内
周面に形成するとは限らず、内スリーブ１２Ａの外周面
に形成してもよく、あるいは内スリーブ１２Ａの外周面
と外スリーブ１２Ｂの内周面との双方に形成してもよ
い。

【００２２】なお、スリーブ回転タイプの場合は、テー
パ面２４を内スリーブ１２Ａの外周面に形成すると、潤
滑剤溜まり２２に保持される潤滑剤が、すきまの狭い後
述の潤滑剤供給路２５に向けて遠心力により押し込まれ
るので、高速回転に適する。そして、潤滑剤溜まり２２
の上部のスラスト流体軸受Ｓに近接して連通する部分
は、スラスト流体軸受Ｓの軸受すきまとほぼ等しいか、
又は僅かに大きいすきまを有する潤滑剤供給路２５とさ
れ、表面張力に基づく毛管現象により潤滑剤が前記軸受
すきまに導入されやすいようになっている。

【００２３】当該スピンドルモータへの潤滑剤の注入
は、全体を組み立てた後に、軸１３の貫通穴１３ａから
行われる。このように貫通穴１３ａから潤滑剤を注入で
きるので、潤滑剤の注入操作が容易で、また、その際に
内部に気泡が巻き込まれる恐れが少ない。注入された潤
滑剤は、表面張力によりスラスト流体軸受Ｓ及びラジア
ル流体軸受Ｒの各軸受すきまを満たすとともに、余分な
潤滑剤は潤滑剤溜まり２２に溜まって、表面張力に基づ
く毛管現象によりそのテーパ面２４に保持される。した
がって、運搬時や取り扱い時にスピンドルモータが倒置
されたとしても、潤滑剤溜まり２２内の潤滑剤が外部に
流出することはない。

【００２４】また、潤滑剤溜まり２２のすきまの大きさ
が、テーパ面２４により上方の潤滑剤供給路２５に向か
って狭くなっているため、外部衝撃で飛散した潤滑剤
も、外部に流出しない限りは潤滑剤溜まり２２のすきま
の狭い潤滑剤供給路２５の方に自然に集められる。そし
て、前述のように潤滑剤溜まり２２の下端には外気と連
通する空気抜き穴２３が設けてあるので、潤滑剤溜まり
２２の下端（すきまの広い方）に集まった気泡は、空気
抜き穴２３を通って外部に排出される。

【００２５】ベース１１の立ち上げ部１１ａの外周には
ステータ１８が固定され、ハブ１４の内周面に固定され
たロータ磁石１９とギャップを介して周面対向して駆動
モータＭを形成している。この駆動モータＭによりハブ
１４とスリーブ１２とを一体的に回転駆動させると、ス
ラスト流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒの各動圧発生
用の溝のポンピング作用により、各流体軸受Ｓ，Ｒの軸
受すきまに充填されている潤滑剤に動圧が発生して、ス
リーブ１２は軸１３及びスラストプレート１５と非接触
となり支承される。回転に伴い遠心力が作用すると、潤
滑剤溜まり２２内の潤滑剤がテーパ面２４を伝わって上
昇し、すきまの狭い潤滑剤供給通路２５に到達して保持
される。そして、潤滑剤供給通路２５から軸受すきまに
毛管現象により確実に潤滑剤が補給される。また、軸受
すきまに残留する気泡があっても、潤滑剤溜まり２２に
開口する空気抜き穴２３を経由して、すみやかに外気に
放出される。

【００２６】運転が長期に及んで、軸受すきまに保持さ
れている潤滑剤が次第に蒸発したり飛散したりして不足
してくると、潤滑剤溜まり２２内に表面張力に基づく毛
管現象で保持されている潤滑剤が、その不足分に応じて
テーパ面２４に案内されつつすきまの狭い方に吸引さ
れ、軸受すきま内に潤滑剤が満たされるまで補給され
る。すなわち、軸受すきま内の潤滑剤の減少に伴い、潤
滑剤供給路２５を経由してすきまの狭い軸受すきまに毛
管現象で吸引され、潤滑剤溜まり２２のテーパ面２４の
表面張力が釣り合う位置で安定する。こうして、潤滑剤
の減少分だけ自動的に潤滑剤が補給される。

【００２７】このように本実施形態のスピンドルモータ
は、潤滑剤溜まり２２のすきまがテーパ状であるから、
潤滑剤は表面張力ですきまの狭い方に吸引され、一方、
組立時に巻き込んだ残留気泡は、すきまの広い方に分離
され排出される。したがって、各軸受すきまには気泡の
ない潤滑剤が自動的に確実に補給されて潤滑剤溜まり２
２と連通し、常時潤滑剤で満たされた状態となり、長期
にわたり使用しても信頼性が高く耐久性に優れている。

【００２８】（第二実施形態）次に、第二実施形態のス
ピンドルモータについて、図２の断面図を参照しながら
説明する。なお、第一実施形態のスピンドルモータと同
様の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。ま
た、図２においては、図１と同様又は相当する部分には
図１と同一の符号を付してある。

【００２９】第二実施形態のスピンドルモータは、スリ
ーブ１２とベース１１とが一体となっていて、そのスリ
ーブ１２にラジアル流体軸受Ｒ及びスラスト流体軸受Ｓ
を介して支承される軸１３がハブ１４と共に回転する方
式、すなわちスリーブ固定，軸回転タイプのスピンドル
モータである。ベース１１の中央部に立設されている環
状の立ち上げ部１１ａの内側に、フランジ１２ｆを有す
る円筒体状のスリーブ１２が内挿されていて、フランジ
１２ｆにより一体的に固着されている。そして、スリー
ブ１２の外周面と立ち上げ部１１ａの内周面との間に、
潤滑剤溜まり２２を構成する環状すきまが形成されてい
る。この潤滑剤溜まり２２の構造については、後にさら
に詳述する。

【００３０】このスリーブ１２には、軸１３が回転自在
に挿通されている。該軸１３は、その両端面に開口する
貫通穴１３ａを有する中空軸となっていて、図示しない
磁気ディスクを外周部に搭載する逆カップ状のハブ１４
の中心部に、圧入により一体に固着されている。また、
貫通穴１３ａの上端にはフィルタ３０が配設されてい
て、貫通穴１３ａからの潤滑剤の飛散が防止されるよう
になっている。

【００３１】そして、スリーブ１２の下端より突出した
軸１３の下端には、円板状のスラストプレート１５が圧
入により固着されている。このスラストプレート１５の
下面は、一方の相手部材でありカウンタープレートに相
当するベース１１の上面と対向し、停止時には両対向面
同士が当接している。また、スラストプレート１５の上
面は、他方の相手部材であるスリーブ１２の下端面と対
向している。

【００３２】スラストプレート１５の上下の両平面はス
ラスト受面１５ｓ，１５ｓとされる。そして、下面側の
スラスト受面１５ｓに対向するベース１１の上面及び上
面側のスラスト受面１５ｓに対向するスリーブ１２の下
端面が、それぞれスラスト軸受面１１ｓ及び１２ｓとさ
れる。さらに、スラスト受面１５ｓ，１５ｓ及びスラス
ト軸受面１１ｓ，１２ｓのうち少なくとも一方に、例え
ばヘリングボーン状の動圧発生用の溝（図示せず）を備
えて、スラスト流体軸受Ｓを構成している。ラジアル流
体軸受Ｒについては、第一実施形態と同様である。

【００３３】さらに、スリーブ１２の外周面と立ち上げ
部１１ａの内周面との間には、環状すきまが介在してい
て、その環状すきまが潤滑剤溜まり２２を形成してい
る。この潤滑剤溜まり２２の上部には、外気と連通する
空気抜き穴２３が開口している。空気抜き穴２３は、潤
滑剤溜まり２２の最上部から上方に垂直に延び、スリー
ブ１２の上端面に開口している。もちろん、空気抜き穴
２３は、立ち上げ部１１ａのスリーブ１２とのはめあい
面に軸方向のスリットを形成するようにして設けてもよ
い。

【００３４】また、潤滑剤溜まり２２の内面を形成する
立ち上げ部１１ａの内周面は、下方のスラスト流体軸受
Ｓに向かってすき間が狭くなるテーパ面２４とされてい
る。もっとも、テーパ面２４は必ずしも立ち上げ部１１
ａの内周面に形成するとは限らず、スリーブ１２の外周
面に形成してもよく、あるいはスリーブ１２の外周面と
立ち上げ部１１ａの内周面との双方に形成してもよい。

【００３５】そして、潤滑剤溜まり２２の下部のスラス
ト流体軸受Ｓに近接して連通する部分は、軸受すき間と
ほぼ等しいか、又は僅かに大きいすき間を有する潤滑剤
供給路２５とされ、表面張力に基づく毛管現象により潤
滑剤が前記軸受すき間に導入されやすいようになってい
る。ベース１１の立ち上げ部１１ａの外周にはステータ
１８が固定され、ハブ１４の内周面に固定されたロータ
磁石１９とギャップを介して周面対向して駆動モータＭ
を形成している。この駆動モータＭにより、被回転体で
ある図示しない磁気ディスクを外周部に搭載するハブ１
４と軸１３とを一体的に回転駆動させると、スラスト流
体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒの各動圧発生用の溝の
ポンピング作用により、各流体軸受Ｓ，Ｒの軸受すき間
に充填されている潤滑剤に動圧が発生して、軸１３はス
リーブ１２及びベース１１と非接触となり支承される。

【００３６】その他の構成及び作用・効果は、第一実施
形態と同様である。なお、第一及び第二実施形態は本発
明の一例を示したものであって、本発明はこれらの実施
形態に限定されるものではない。例えば、流体軸受の構
造，空気抜き穴２３や潤滑剤溜まり２２の構造, 動圧発
生用の溝パターン，スピンドルモータの細部の構造等に
関しては、これらの実施形態に限定されるものではな
く、必要に応じて適宜に変更可能である。

【００３７】また、軸１３，スリーブ１２等のスピンド
ルモータを構成する部材の材質は、特に限定されるもの
ではなく、スピンドルモータを構成する部材に通常使用
される鋼等の材料であれば問題なく使用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の流体軸受装置
は、組み立てが容易で、組立時に気泡を巻き込む恐れが
少なく、且つ、気泡の排出性に優れている。また、潤滑
剤が枯渇しにくいので、長期信頼性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体軸受装置の第一実施形態を示
す断面図である。

【図２】本発明に係る流体軸受装置の第二実施形態を示
す断面図である。

【図３】従来のスピンドルモータの断面図である。

【符号の説明】

１１ ベース １２ スリーブ １２Ａ 内スリーブ １２Ｂ 外スリーブ １２Ｂａ 天板 １３ 軸 １３ａ 貫通穴 １５ スラストプレート １５ａ 外周面 ２２ 潤滑剤溜まり ２５ 潤滑剤供給路 Ｒ ラジアル流体軸受 Ｓ スラスト流体軸受

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にフランジ部を有する軸と、該軸に
   流体軸受すきまを介して対向する相手部材と、を備えた
   流体軸受装置において、 前記軸を該軸の両端面に開口する貫通穴を有する中空軸
   とするとともに、 前記相手部材の外周側にすきまを設けて潤滑剤溜まりと
   し、該潤滑剤溜まりの一端に前記フランジ部の外周面と
   前記相手部材との間のすきまに通じる潤滑剤供給路を形
   成し、前記潤滑剤溜まりを前記潤滑剤供給路に向かって
   徐々に狭くしたことを特徴とする流体軸受装置。