JP2004019708A

JP2004019708A - 動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置

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Publication number: JP2004019708A
Application number: JP2002172464A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Oku; 奥　義人; Wataru Yamauchi; 山内　渉
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP3828458B2

Abstract

【課題】シール強度を強化、スラスト軸受部へのオイルの供給を安定化及びオイルを保持量の増大を可能とし、また部品の共通化による低コスト化と、部材加工の高精度化とを可能とする。
【解決手段】スリーブには、内径が半径方向内方側から外方側に向かって拡大するよう、内周面が傾斜面状に形成されたリング状部を有する環状のブッシュ部材がスラスト面の外周部に装着され、このリング状部の内周面と略円錐形状のスラストプレートの外周面との間に、回転軸芯に対して半径方向外方側から内方側に向かって傾斜し且つスラスト軸受部から遠離るにつれて間隙の隙間寸法が漸次拡大するテーパシール部が形成される。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンドルモータのロータを回転自在に軸支持するための軸受手段として、例えば特開平８−１０５４４５号公報に開示されるように、固定シャフトの軸線方向上下部に一対のスラストプレートを配置し、これら一対のスラストプレート間に位置する固定シャフトの外周面とこれと半径方向に対向するロータの内周面との間に潤滑油（オイル）を保持し、ロータの回転によってこの潤滑油を所定の方向に移動させることでロータにかかるラジアル方向の負荷を支持するための支持圧を発生する動圧発生用溝を形成してラジアル軸受部を構成し、また、相互に対向する各スラストプレートの軸線方向内側面とこれと軸線方向に対向するロータの軸線方向外側面との間に潤滑油を保持し、ロータの回転によってこの潤滑油を所定の方向に移動させることでロータにかかるスラスト方向の負荷を支持するための支持圧を発生する動圧発生用溝を形成して一対のスラスト軸受部を構成すると共に、スラストプレートの外周面と半径方向に対向するロータの内周面との間に半径方向の間隔が変化する第１のテーパシール部を構成し、またスラストプレートの軸線方向外側面と軸線方向に対向するシールキャップの軸線方向内側面との間に軸線方向の間隔が変化す第２のテーパシール部を構成し、これら第１及び第２のテーパシール部によって潤滑油の軸受外部への漏出を防止する構造を備えたものがある。
【０００３】
このような構成においては、軸受部の構造が対称であって如何なる姿勢に対しても同一の特性を与えるためスピンドルモータの安定した回転を得やすく、またスラストプレートの一面側にのみ動圧発生用溝を形成すればよいため、部材加工の歩留まりが向上するというメリットがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例におけるオイルのシール構造では、第１及び第２のテーパシール部を連続して構成しており、通常状態のオイルの界面位置は、スラストプレートの外周面とロータの内周面との間に形成される半径方向の間隙の隙間寸法が変化する第１のテーパシール部内にあり、定常回転時には、遠心力の作用で、スラストプレートの上面とシールキャップの下面との間に形成される軸線方向の間隙の隙間寸法が変化する第２のテーパシール部内に侵入させ、シール部の容積を増大させると共に、オイル界面を半径方向内方に向かせることで、遠心力を利用してオイル界面をスラスト軸受部側に向かって押圧し、オイルの流出を防止する構造となっている。
【０００５】
テーパシール部は、シール部内に形成される間隙の隙間寸法を軸受部から離間するにつれて漸次拡大させることで、オイル界面の形成位置によって毛細管力に格差を生じさせ、軸受部で保持するオイル量が減少した場合には、テーパシール部からオイルを供給し、また温度上昇等によって、軸受部内で保持されるオイルの体積が増加した場合には、その増加分を収容する機能を有している。
【０００６】
しかしながら、スピンドルモータの回転速度が更に高速化した場合、オイルに対する遠心力の影響が強くなるので、第１のテーパシール部から第２のテーパシール部へのオイルの流入量が増大する。この時、寸法上の制約から、第２のテーパシール部を回転軸芯に対して直交する方向に設けた場合、十分な容積を確保することができず、オイルが軸受外部に流出する懸念がある。
【０００７】
また、高速化による遠心力の影響の増大によって、第１のテーパシール部内では、スラストプレート外周面からオイルが引き剥がされ、ロータ内周面に張り付いた状態となる。
【０００８】
高速回転時には、スラスト軸受部内では、遠心力によってオイルが半径方向外方へと移動し、オイルの保持量が低下した状態となっている。上述したとおり、テーパシール部は、軸受部内でオイルの保持量が減少した場合に、オイルを供給する機能を担っているが、遠心力の作用でオイルがロータの内周面に張り付いた状態となると、オイルの連続性が失われ、軸受部へのオイルの供給が不十分となる。従って、スラスト軸受部では、オイルの保持量が不十分となって軸受剛性が低下して回転の支持が不安定となるばかりでなく、スラストプレートとロータの接触摺動が発生し、焼き付きが生じる。
【０００９】
加えて、第１のテーパシール部を形成するために、ロータには、スラストプレートの外周面と対向する内周面が形成されている。このような場合、例えば、ラジアル軸受部の仕様が共通であっても、負荷容量等の関係でスラスト軸受部の径が異なるような場合には、それぞれ異なった設計のロータとする必要があり、部材の共通化がはかれず、モータの低コスト化が阻害される。更に、スラスト軸受部の外周部にロータの内周面が位置することで、高精度な加工が必要なロータの軸線方向外側面の加工が困難になると共に、その加工方法も限定されるため、平面度や表面粗さに対する精度の向上の制限される。
【００１０】
本発明は、更なる高速回転に対応して、シール強度を強化し且つスラスト軸受部へのオイルの供給を安定させることができ、またテーパシール部内の容積を増大させ、十分な量のオイルを保持することが可能であると共に、部品の共通化をはかることで低コスト化を可能とし、さらには、部材加工の高精度化が可能な動圧軸受及びこの動圧軸受を用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の動圧軸受は、シャフトと、該シャフトの外周面から半径方向外方に突設される環状のスラストプレートと、前記スラストプレートの軸線方向の一方の面と対向するスラスト面と該スラスト面に連続し前記シャフトの外周面と微小間隙を介して半径方向に対向するラジアル内周面とが形成された中空円筒状のスリーブとを備えた動圧軸受であって、前記シャフトの外周面と前記スリーブのラジアル内周面との間には潤滑油が保持され、該潤滑油に動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられることによってラジアル軸受部が構成され、前記スラストプレートの軸線方向の一方の面と前記スラスト面との間には潤滑油が保持され、該潤滑油に動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられることによってスラスト軸受部が構成され、前記スラストプレートは、外周面の少なくとも一部が前記軸線方向の一方の面から遠離るにつれて外径が縮径するよう傾斜面状に形成された略円錐形状を有しており、前記スリーブには、内径が半径方向内方側から外方側に向かって拡大するよう内周面が傾斜面状に形成されたリング状部を有する環状のブッシュ部材が前記スラスト面の外周部に装着されており、該リング状部の内周面と前記略円錐形状のスラストプレートの外周面との間に、回転軸芯に対して半径方向外方側から内方側に向かって傾斜し且つ前記スラスト軸受部から遠離るにつれて間隙の隙間寸法が漸次拡大するテーパシール部が形成され、該テーパシール部内において前記スラスト軸受部に保持される前記潤滑油の界面が形成されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明は、上記したとおり、オイル等の潤滑油を作動流体として利用する動圧軸受において、スラスト軸受部側のテーパシールを回転軸心に対して傾斜した形状とすることで、回転軸線と平行又は直交する方向にテーパシール部を構成する場合に比べて、テーパシール部内の容積が増大すると共に、高速回転時においても、遠心力による潤滑油の分断が生じることがなく、テーパシール部からスラスト軸受部に安定して潤滑油を供給することが可能な構造を採用する。
【００１３】
斯く構成することで、高速回転時においても、遠心力で潤滑油がスラストプレートの外周面から引き剥がされることなく、スラストプレートの外周部で潤滑油の連続性が失われることはない。また、潤滑油の界面も回転軸芯に対して傾斜する方向に向くことで、遠心力が潤滑油の界面を押さえ込む方向に作用するので、シール強度も高く維持される。
【００１４】
これに加え、スラストプレートと協働してテーパシール部を構成する部材を、スリーブとは別体のブッシュ部材とすることで、ブッシュ部材のリング状部内周面の加工が容易になると共に、ブッシュ部材の半径方向の寸法を調整することで、スリーブ側の設計を変更することなくスラスト軸受部の径を変更することができる。このため、様々な仕様の軸受でスリーブを共通して使用することが可能になる。
【００１５】
更に、スリーブのスラスト面の外周部に壁となる構成が存在しないので、スラスト面の加工方法や工具等について、必要に応じて最適な選択を行うことができ、スラスト面の平面度や表面粗さ等に対する精度を向上することができる。
【００１６】
また、本発明の動圧軸受は、前記スラスト面は、前記スリーブの軸線方向両端部にそれぞれ形成されると共に、前記スラストプレートは、前記ラジアル内周面の両端に隣接して一対配設され、また前記ブッシュ部材も該一対のスラストプレートに対応して前記スリーブに一対装着されていることを特徴とする（請求項２）。
【００１７】
ラジアル軸受部が構成されるラジアル内周面の両端に隣接してスラスト軸受部が一対配置される構造とすることで、ラジアル軸受部の両端側からスラスト軸受部による支持力が軸線方向の相反する方向に作用することとなり、荷重支持が安定する。
【００１８】
更に、本発明の動圧軸受は、前記ブッシュ部材には、前記リング状部の軸線方向外方側に中央開口を有する環状の平板状部材が配設されており、該平板状部材の内周面は、前記シャフトの外周面との間に微小間隙を介して対向し、前記テーパシール部は、該平板状部材の内周面と前記シャフトの外周面との間に規定される微小間隙を通じて外部に開放されていることを特徴とする（請求項３）。
【００１９】
シャフトの外周面と平板状部材の内周面との間の間隙の半径方向の寸法を、可能な限り小に設定することによって、潤滑油が気化することによって生じた蒸気の外部への流出抵抗を大にして潤滑油の界面近傍における蒸気圧を高く保てるので、更なる潤滑油の蒸散を有効に阻止することができる。
【００２０】
加えて、本発明の動圧軸受は、前記スラスト軸受部に形成される動圧発生用溝は、前記潤滑油に対して半径方向内方に向かって作用する動圧が誘起されるようポンプインタイプのスパイラル溝が形成されており、また前記ラジアル軸受部に形成される動圧発生用溝は、前記潤滑油に対して前記スラスト軸受部側に向かって作用する動圧が誘起されるよう、軸線方向にアンバランスな形状のヘリングボーン溝が形成されており、前記スラスト軸受部と前記ラジアル軸受部との間には、前記潤滑油が連続して保持されていることを特徴とする（請求項４）。
【００２１】
スラスト軸受部の動圧発生溝を、ポンプインタイプのスパイラル溝とすることで、スラストプレートの外径が小径化され、周速を小とすることができ、また、スパイラル溝は、ヘリングボーン溝と比べて潤滑油の粘性抵抗が小であることから、軸受部での損失を抑制し、高効率化することが可能となる。
【００２２】
さらにまた、本発明の動圧軸受は、前記シャフトの外周面と前記ラジアル内周面との間には、前記ラジアル内周面の軸線方向略中央部に外気に連通する空気介在部が形成されており、前記ラジアル軸受部は該空気介在部の軸線方向両端に隣接して一対構成されていることを特徴とする（請求項５）。
【００２３】
シャフトの外周面とラジアル内周面との間に空気介在部を形成し、この空気介在部の軸線方向両側にラジアル軸受部を一対構成することで、ラジアル軸受部の軸受スパン（軸受間距離）が拡大し、半径方向の荷重の支持が安定するので、外的な振動や衝撃等が印加された場合に発生するシャフトの倒れや触れ回りを短時間で正常な状態に復元することが可能となる。
【００２４】
また、本発明のスピンドルモータは、ステータを保持するブラケットと、該ブラケットに対して相対回転するロータと、該ロータに固着され該ステータと協働して回転磁界を発生するロータマグネットと、該ロータの回転を支持する動圧軸受とを備えたスピンドルモータにおいて、前記動圧軸受は、請求項１乃至５のいずれかに記載した動圧軸受であることを特徴とする（請求項６）。
【００２５】
スピンドルモータの軸受として、上述の動圧軸受を用いることで、高速且つ高精度な回転支持が可能となるばかりでなく、軸受部の焼き付きの発生が防止されるので、信頼性並びに耐久性に優れたものとすることが可能となると共に、軸受構成部材の共通化をはかることができて、モータの低コスト化が促進され、また、スラスト軸受部を構成するスラスト面を容易且つ高精度に加工可能とすることができ、ロータを安定して支持することが可能になる。
【００２６】
更に、本発明のディスク駆動装置は、情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、前記スピンドルモータは、請求項６に記載したスピンドルモータであることを特徴とする（請求項７）。
【００２７】
本発明のスピンドルモータは、高速且つ高精度な回転支持が可能となるばかりでなく、低コスト化が可能であるものであることから、高い回転精度並びにコストの低減が要求されるハードディスクを駆動するディスク駆動装置において好適に使用可能であるが、これに限定されず、ハードディスク等の固定式又はＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の着脱式の記録媒体を駆動するディスク駆動装置においても同様に使用可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる動圧軸受及びこの動圧軸受を用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明するが、本発明は以下に示す各実施例に限定されるものではない。
【００２９】
図示のスピンドルモータは、ブラケット２と、このブラケット２に設けられた中央開口内に一方の端部が外嵌固定されるシャフト４と、このシャフト４に対して相対的に回転自在なロータ６とを備える。ロータ６は、外周部に記録ディスク（図３においてディスク板５３として図示）が載置されるロータハブ６ａと、ロータハブ６ａの内周側に位置し、潤滑油８が保持される微小間隙を介してシャフト４に軸支持されるスリーブ６ｂとを備えている。ロータハブ６ａの内周部には接着等の手段によってロータマグネット１０が固着されており、このロータマグネット１０と半径方向に対向してブラケット２にステータ１２が装着されている。
【００３０】
スリーブ６ｂの略中央部には内周面がシャフト４の外周面との間に潤滑油８が保持される微小間隙を形成するようスリーブ６ｂを軸線方向に貫通する貫通孔６６ｂ１が形成され、シャフト４の上部及び下部には、半径方向外方に突出する環状の上部スラストプレート１４及び下部スラストプレート１６がそれぞれ取付けられている。
【００３１】
スリーブ６ｂの軸線方向両端部には、上部スラストプレート１４及び下部スラストプレート１６に対応して、これら上部及び下部スラストプレート１４，１６の外径よりも大径な上部スラスト面６ｂ２及び下部スラスト面６ｂ３が形成されている。この上部スラスト面６ｂ２及び下部スラスト面６ｂ３の外周部には、環状で且つ中空円筒状の上部ブッシュ部材１８及び下部ブッシュ部材２０が装着されている。上部及び下部ブッシュ部材１８，２０の開放側端部は、上部シールキャップ２２及び下部シールキャップ２４によって閉塞されている。
【００３２】
また、スリーブ６ｂの外周部には、上部及び下部スラスト面６ｂ２，６ｂ３の間に、半径方向外方側に突出する環状突部６ｂ４が形成されており、この環状突部６ｂ４の外周面とロータハブ６ａの内周面とが、例えば圧入等の手段によって締結されている。
【００３３】
上部スラスト部６ｂ２と、上部スラストプレート１４の下面（軸線方向内側面）との間には、潤滑油８が保持される微小間隙が形成されており、上部スラスト面６ｂ２には、ロータ６の回転にともない潤滑油８中に動圧を発生するための動圧発生用溝２６ａが形成され上部スラスト軸受部２６が構成されている。
【００３４】
また、下部スラスト面６ｂ３と、下部スラストプレート１６の上面（軸線方向内側面）との間には、潤滑油８が保持される微小間隙が形成されており、下部スラスト面６ｂ３の平面部には、ロータ６の回転にともない潤滑油８中に動圧を発生するための動圧発生用溝２８ａが形成され下部スラスト軸受部２８が構成されている。
【００３５】
これらスラスト軸受部２６，２８に形成される動圧発生用溝２６ａ，２８ａは、発生する動圧がそれぞれ潤滑油８をシャフト４に向かって圧送されるよう、ポンプインタイプのスパイラル溝が用いられる。尚、動圧発生用溝は、上部及び下部スラストプレート１４，１６の軸線方向内側面にあるいは上部及び下部スラスト面６ｂ２，６ｂ３と上部及び下部スラストプレート１４，１６の軸線方向内側面の両面ともに形成することも可能である。
【００３６】
このように、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８の動圧発生用溝２６ａ，２８ａをスパイラル溝とすることで、互いに逆向きの一対スパイラル溝を組み合わせて構成されるヘリングボーン溝を用いる場合に比べて、上部及び下部スラストプレート１４，１６の外径を小径化することができるため、下部スラスト軸受部２８がロータマグネット１０及びステータ１２からなる磁気回路部に与える影響を少なくすることができ、十分な駆動トルクを得ることができる。また、スパイラル溝は、ヘリングボーン溝に比べてスピンドルモータの回転時に生じる潤滑油８の粘性抵抗が小さいため、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８における損失を小さくし、スピンドルモータの電気的効率を高め、消費電力を抑制することができる。
【００３７】
図２に部分的に拡大して図示するように、上部スラストプレート１４の外周面は、軸線方向内側面の外周端部から、回転軸芯に対して略平行に延伸した後、半径方向内方に向かって回転軸芯に対して傾斜した円錐面１４ａに形成されている。また、上部ブッシュ部材１８の内周面には、内周面が上部スラストプレート１４の円錐面１４ａと半径方向に対向し且つ円錐面１４ａとの間に形成される間隙の隙間寸法が上部シールキャップ２２側、すなわち上部スラスト軸受部２６から離間するにしたがって漸次拡大するよう傾斜面１８ａ１に形成された環状のリング状部１８ａが、上部ブッシュ部材１８の内周面から半径方向内方側に突出するよう設けられている。尚、このリング状部１８ａは、上部ブッシュ部材１８と別体に構成することも可能である。
【００３８】
上部スラスト軸受部２６に保持される潤滑油８は、上部スラストプレート１４と上部ブッシュ部材１８の内周面との間に形成された回転軸芯に対して略平行な隙間を経て上部スラストプレートの円錐面１４ａとリング状部１８ａの傾斜面１８ａ１との間に形成された、上部シールキャップ２２側に向かうにしたがって隙間寸法が漸次拡大する間隙内において、界面を形成して保持されている。すなわち、上部スラストプレート１４の円錐面１４ａとリング状部材１８ａの傾斜面１８ａ１との間に形成された隙間が上部テーパシール部３０として機能している。
【００３９】
この場合、後に詳述するとおり、上部テーパシール部３０を形成する上部スラストプレート１４の円錐面１４ａ及びリング状部１８ａの傾斜面１８ａは、回転時に遠心力が潤滑油８を上部スラスト軸受部２６側に押し込むよう作用する方向に角度が設定されている。
【００４０】
尚、詳細構造は図示していないが、下部スラストプレート１６の外周部においても、これと半径方向に対向する下部ブッシュ部材２０との間に上部スラストプレート１４の外周部と同様の構成にて下部テーパシール部３２が形成されている。また、下部スラストプレート１６周辺の構成についても、図２に図示される上部スラストプレート１４周辺の構成と実質的に同一である。
【００４１】
この時、上部テーパシール部３０の最小の間隙寸法は、上部スラストプレート１４の外周面と上部ブッシュ部材１８の内周面との間に形成される、回転軸芯に略平行な隙間の隙間寸法よりも大となるよう設定されており、また、上部スラスト軸受部２６の間隙の隙間寸法は、上部スラストプレート１４の外周面と上部ブッシュ部材１８の内周面との間に形成される、回転軸芯に略平行な隙間の隙間寸法よりも小となるよう設定されている。
【００４２】
すなわち、上部スラスト軸受部２６において、潤滑油８の保持量が減少した場合、毛細管力によって、上部テーパシール部３０内に保持されている潤滑油８が、上部スラストプレート１４の外周面と上部ブッシュ部材１８の内周面との間に形成される、回転軸芯に略平行な隙間の隙間を経て上部スラスト軸受部２６へと供給されることとなる。
【００４３】
逆に、上部スラスト軸受部２６で保持される潤滑油８が温度上昇等によって体積膨張した場合、潤滑油８の界面が、上部テーパシール部３０のより隙間寸法が拡大する方向に移動することで、この体積増加した分の潤滑油８が上部テーパシール部３０に収容されることとなる。
【００４４】
また、上部テーパシール部３０が回転軸芯に対して半径方向外方側から内方側に傾斜して構成されるため、潤滑油８の界面も、上部テーパシール部３０の傾斜角に応じて半径方向内方を向いて形成される。従って、スピンドルモータの回転時には、遠心力によって潤滑油８の界面が上部スラスト軸受部２６側に押圧されるので、シール強度が強化されると共に、上部テーパシール部３０を構成する上部スラストプレート１４の円錐面１４ａ並びにリング状部１８ａの傾斜面１８ａ１自体が相互に回転軸芯に対して傾斜しているので、遠心力の影響で潤滑油８が円錐面１４ａから引き剥がされ、傾斜面１８ａ１に張り付くことはない。従って、高速回転するスピンドルモータにおいても、シール部からの潤滑油８の流出が阻止され、また上部テーパシール部３０から上部スラスト軸受部２６にかけて保持される潤滑油８の連続性が失われ、上部スラスト軸受部２６に対する上部テーパシール部３０からの潤滑油８の供給が不十分となることはない。
【００４５】
加えて、上部テーパシール部３０を回転軸芯に対して傾斜させることで、回転軸芯に対して平行あるいは直交する方向にテーパシール部を構成する場合に比べて、シール部の寸法をより大とすることができるので、容積が拡大する。
【００４６】
更に、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８の動圧発生用溝２６ａ，２８ａを、それぞれ発生する動圧が潤滑油８を半径方向内方に向かって圧送するポンプインタイプのスパイラル溝とすることで、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８で発生する動圧は、半径方向内方に向かうにつれて高くなる圧力勾配となるため、潤滑油８の充填時等に上部及び下部スラスト軸受部２６，２８に保持される潤滑油８中に生じた気泡は、圧力の高い軸受部の半径方向内方から圧力の低い半径方向外方へと移動し、最終的に潤滑油８が保持される間隙中で最も間隙寸法が大で最も圧力の低い上部及び下部テーパシール部３０，３２の潤滑油８の界面側へと移動し、空気中に開放される。
【００４７】
また、上部及び下部スラストプレート１４，１６とともに上部及び下部テーパシール部３０，３２を構成する上部及び下部ブッシュ部材１８，２０をスリーブ６ｂとは別部材から構成することで、後述するラジアル軸受部の負荷容量等の仕様が同一で、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８の仕様のみ変更するために、異なる径の上部及び下部スラストプレート１４，１６を用いる場合でも、上部及び下部ブッシュ部材１８，２０の半径方向寸法を調整する等を行うことにより、同一のスリーブ６ｂを適用することができるようになる。従って、異なる仕様のスピンドルモータ間でスリーブ６ｂの共用が可能になるので、モータの低コスト化が促進される。
【００４８】
加えて、上部及び下部ブッシュ部材１８，２０を装着していない状態では、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８を構成するスリーブ６ｂの上部及び下部スラスト面６ｂ２，６ｂ３の外周部には、何らの構造物も存在していない。よって、上部及び下部スラスト面６ｂ２，６ｂ３の平面度や表面粗さに対する加工精度を向上させることができると共に、動圧発生溝２６ａ，２８ａの加工も容易になる。
【００４９】
シャフト４の外周面の略中央部には、貫通孔６ｂ１の内周面との間の間隙が拡大するよう、軸線方向内側に向かって傾斜する一対の傾斜面からなる環状の凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにはシャフト４中に形成された空気と連通する連通孔３６が開口している。
【００５０】
この連通孔３６はシャフト４中を軸線方向に貫通する縦孔と、この縦孔から半径方向に延設されたシャフト４の凹部４ａ内に開口する第１開口３６ａと下部テーパシール部３２に連続し下部シールキャップ２４の内周面とシャフト４の外周面との間に規定される微小間隙を通じて軸受外部に連通する空間に開口する第２開口３６ｂとから構成される。尚、縦孔は、シャフト４の加工並びに洗浄完了後、シャフト４の両端に開口する開口部を例えばゴム等の弾性部材からなる封止部材３８，４０によって封止される。すなわち、上部及び下部シールキャップ２２，２４よりも軸受の内部側の空間は、上部及び下部シールキャップ２２，２４の内周面とシャフト４の外周面との間に形成される微小間隙を通じてのみ空気に連通している。
【００５１】
この第２開口３６ｂより連通孔３６内に取り込まれた空気は、第１開口３６ａが開口する凹部４ｃと貫通孔６ｂ１の内周面との間に環状の気体介在部４２を形成し、この気体介在部４２によってシャフト４の外周面と貫通孔６ｂ１の内周面との間の微小間隙中に保持された潤滑油８は、凹部４ａの一対の傾斜面と貫通孔６ｂ１の内周面との間に形成されるテーパ状間隙内において、潤滑油８の界面が形成され、軸線方向上下に分割される。
【００５２】
貫通孔６ｂ１の内周面のこれら上下に分割されて保持される潤滑油８に対応する部位には、ロータ６の回転にともない潤滑油８中に動圧を発生するための動圧発生用溝４４ａ、４６ａが形成され上部ラジアル軸受部４４及び下部ラジアル軸受部４６が構成されている。これら上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６に形成される動圧発生用溝４４ａ，４６ａは、それぞれ発生する動圧が、潤滑油８を軸線方向外側に向かって、換言すると隣接する上部及び下部スラスト軸受部２６，２８に向かって圧送するよう、軸線方向にアンバランスな形状のヘリングボーン溝が用いられる。
【００５３】
上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６の動圧発生用溝４４ａ，４６ａを、それぞれ潤滑油８を上部及び下部スラスト軸受部２６，２８側に圧送する形状とすることで、潤滑油８の充填時等に上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６に保持される潤滑油８中に生じた気泡が圧力の高い軸受部から圧力の低い気体介在部４２との界面側へと移動し、気体介在部４２から連通孔３６を通じて軸受外部の空気中に開放される。
【００５４】
この構成において、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８には形成される動圧発生手段２６ａ，２８ａはスパイラル溝であり、それのみでは十分な荷重支持圧を発生できないが、隣接する上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６には軸線方向にアンバランスなヘリングボーン溝が動圧発生用溝４４ａ，４６ａとして形成されているので、スピンドルモータの回転時に、潤滑油８はスパイラル溝及びヘリングボーン溝によってそれぞれ相互に対向する方向へと圧送されるので、両軸受部の協働によりロータ６にかかる負荷を支持するに必要な動圧を発生せしめて支持している。
【００５５】
また、上部及び下部スラスト軸受部２６，２８とこれらに隣接する上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６には連続して潤滑油８が保持されると共に、上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６を分離する気体介在部４２が連通孔３６を通じて空気に連通していることから、上部及び下部テーパシール部３０，３２内に位置する上部及び下部スラスト軸受部２６，２８の潤滑油８の界面と凹部４ａの一対の傾斜面と貫通孔６ｂ１との間に規定されるテーパ状間隙内に位置する上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６の潤滑油８の界面は同じ空気圧に晒されることとなる。
【００５６】
このため、例えば遠心力やスピンドルモータへの外的な衝撃、振動の印加等に起因して、上部及び下部テーパシール部３０，３２内の潤滑油８の界面あるいは凹部４ａの一対の傾斜面と貫通孔６ｂ１との間に規定されるテーパ状間隙内の潤滑油８の界面の一方が軸受部から離間する方向に移動した場合、他方の界面も各界面が位置する各テーパ状間隙内を、潤滑油８の界面の曲率半径が等しくなる位置まで移動することで釣り合い、シール効果を損なうことなく安定して保持される。
【００５７】
また、上部及び下部ラジアル軸受部４４，４６は隣接する上部及び下部スラスト軸受部２６，２８とは潤滑油８が連続し、片方の潤滑油８の界面から他方の潤滑油８の界面に至るまで動圧が極大となるのは１点のみで極小となる点は存在しないこととなる。従って、潤滑油８中に気泡が含まれていても自動的に圧力が最小となるテーパ状の間隙内に位置する界面から軸受外部の空気中に排除する構成とすることができる。
【００５８】
このように、各軸受部に保持される潤滑油８中に生じた気泡は、順次低圧側へと移動し、各潤滑油８の界面より空気中に開放されるため、気泡が各軸受部に保持される潤滑油８中に滞留することがなく、スピンドルモータの温度上昇時に気泡が膨張し体積が増加することによって、潤滑油８が軸受外部に漏出することが防止される。また、気泡排出のための特別な構成を要しないので、スピンドルモータの構造を簡略化することができる。
【００５９】
更に、上部及び下部シールキャップ２２，２４の内周面とシャフト４の外周面との間に規定される間隙の半径方向寸法を可能な限り小さく設定することによって、スピンドルモータの回転時に上部及び下部スラストプレート１４，１６と上部及び下部シールキャップ２２，２４との間に規定される軸線方向の間隙とシャフト４の外周面と上部及び下部シールキャップ２２，２４とによって規定される半径方向の間隙とで、ロータ６の回転に応じて発生する空気流の流速に差異が生じる。従って、潤滑油８が気化して生じた蒸気（オイルミスト）のスピンドルモータの外部への流出抵抗を大きくして潤滑油８の界面近傍における蒸気圧を高く保てるので更なる潤滑油８の蒸散を防止することができる。
【００６０】
尚、これら各面に例えばフッ素系材料からなる撥油剤を塗布しておくと、潤滑油８に遠心力の作用しないスピンドルモータの停止時に、潤滑油８がオイルマイグレーション現象によってスピンドルモータの外部に漏出することをより効果的に防止できる。
【００６１】
図３に、一般的なディスク駆動装置５０の内部構成を模式図として示す。ハウジング５１の内部は塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板５３が装着されたスピンドルモータ５２が設置されている。加えてハウジング５１の内部には、ディスク板５３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構５７が配置され、このヘッド移動機構５７は、ディスク板５３上の情報を読み書きするヘッド５６、このヘッドを支えるアーム５５及びヘッド５６及びアーム５５をディスク板５３上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部５４により構成される。
【００６２】
このようなディスク駆動装置５０のスピンドルモータ５２として図２において図示されるスピンドルモータを使用することで、高速且つ高精度な回転支持が可能となるばかりでなく、信頼性並びに耐久性に優れたもの。
【００６３】
以上、本発明に従う動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００６４】
例えば、上部及び下部スラストプレート１４，１６と上部及び下部ブッシュ部材１８，２０の内周面との間に形成された回転軸芯に対して略平行な隙間は、上部及び下部スラストプレート１４，１６を加工する際等にこれを保持するため、上部及び下部スラストプレート１４，１６の外周部に平面を形成する必要性から設けられているが、そのような必要性のない場合には、これを設けることなく、上部及び下部スラストプレート１４，１６の軸線方向内側面の外周端部に連続して円錐面を形成することも可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の動圧軸受によれば、テーパシール部内の容積を増大すると共に、高速回転時においても、遠心力による潤滑油の分断が生じることがなく、テーパシール部からスラスト軸受部に安定して潤滑油を供給することが可能となる。また、異なる仕様の動圧軸受においても、スリーブの共用化がはかられ、低コスト化が可能なると共に、スラスト軸受面の加工精度が向上し、安定した支持が可能になる。
【００６６】
本発明の請求項２に記載の動圧軸受によれば、ラジアル軸受部の両端側からスラスト軸受部による支持力が相反する方向に作用することとなり、軸線方向の荷重を安定して支持することが可能となる。
【００６７】
本発明の請求項３に記載の動圧軸受によれば、シールキャップの内周面とシャフトの外周面との間に規定される微小間隙の半径方向の寸法を可能な限り小に設定することによって、潤滑油が気化することによって生じた蒸気の外部への流出抵抗を大にして潤滑油の界面近傍における蒸気圧を高く保てるので更なる潤滑油の蒸散を有効に阻止することが可能となる。
【００６８】
本発明の請求項４に記載の動圧軸受によれば、軸受部での損失を抑制し、高効率化することが可能となる。
【００６９】
本発明の請求項５に記載の動圧軸受によれば、外的な振動や衝撃等が印加された場合に発生するシャフトの倒れや触れ回りを短時間で正常な状態に復元することが可能となる。
【００７０】
本発明の請求項６に記載のスピンドルモータによれば、高速且つ高精度な回転支持が可能となるばかりでなく、軸受部の焼き付きの発生が防止されるので、信頼性並びに耐久性に優れたものとすることが可能となると同時に、低コスト化が可能になる。
【００７１】
本発明の請求項７に記載のディスク駆動装置によれば、高い回転精度並びに耐久性及び信頼性が要求されるディスク駆動装置において好適に使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のスピンドルモータの概略構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１において示すスピンドルモータの上部スラストプレート付近の概略構成を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図３】図１に示すスピンドルモータを備えたディスク駆動装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
４　シャフト
６ｂ　スリーブ
６ｂ２，６ｂ３　スラスト面
８　潤滑油
１４，１６　スラストプレート
１４ａ　傾斜面
１８，２０　ブッシュ部材
１８ａ　リング状部
１８ａ１　傾斜面
２６、２８　スラスト軸受部
２６ａ，２８ａ，４４ａ，４６ａ　動圧発生用溝
３０、３２　テーパシール部
４４，４６　ラジアル軸受部

Claims

シャフトと、該シャフトの外周面から半径方向外方に突設される環状のスラストプレートと、前記スラストプレートの軸線方向の一方の面と対向するスラスト面と該スラスト面に連続し前記シャフトの外周面と微小間隙を介して半径方向に対向するラジアル内周面とが形成された中空円筒状のスリーブとを備えた動圧軸受であって、
前記シャフトの外周面と前記スリーブのラジアル内周面との間には潤滑油が保持され、該潤滑油に動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられることによってラジアル軸受部が構成され、
前記スラストプレートの軸線方向の一方の面と前記スラスト面との間には潤滑油が保持され、該潤滑油に動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられることによってスラスト軸受部が構成され、
前記スラストプレートは、外周面の少なくとも一部が前記軸線方向の一方の面から遠離るにつれて外径が縮径するよう傾斜面状に形成された略円錐形状を有しており、
前記スリーブには、内径が半径方向内方側から外方側に向かって拡大するよう内周面が傾斜面状に形成されたリング状部を有する環状のブッシュ部材が前記スラスト面の外周部に装着されており、該リング状部の内周面と前記略円錐形状のスラストプレートの外周面との間に、回転軸芯に対して半径方向外方側から内方側に向かって傾斜し且つ前記スラスト軸受部から遠離るにつれて間隙の隙間寸法が漸次拡大するテーパシール部が形成され、該テーパシール部内において前記スラスト軸受部に保持される前記潤滑油の界面が形成されていることを特徴とする動圧軸受。
前記スラスト面は、前記スリーブの軸線方向両端部にそれぞれ形成されると共に、前記スラストプレートは、前記ラジアル内周面の両端に隣接して一対配設され、また前記ブッシュ部材も該一対のスラストプレートに対応して前記スリーブに一対装着されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受。
前記ブッシュ部材には、前記リング状部の軸線方向外方側に中央開口を有する環状の平板状部材が配設されており、該平板状部材の内周面は、前記シャフトの外周面との間に微小間隙を介して対向し、前記テーパシール部は、該平板状部材の内周面と前記シャフトの外周面との間に規定される微小間隙を通じて外部に開放されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の動圧軸受。
前記スラスト軸受部に形成される動圧発生用溝は、前記潤滑油に対して半径方向内方に向かって作用する動圧が誘起されるようポンプインタイプのスパイラル溝が形成されており、また前記ラジアル軸受部に形成される動圧発生用溝は、前記潤滑油に対して前記スラスト軸受部側に向かって作用する動圧が誘起されるよう、軸線方向にアンバランスな形状のヘリングボーン溝が形成されており、前記スラスト軸受部と前記ラジアル軸受部との間には、前記潤滑油が連続して保持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の動圧軸受。
前記シャフトの外周面と前記ラジアル内周面との間には、前記ラジアル内周面の軸線方向略中央部に外気に連通する空気介在部が形成されており、前記ラジアル軸受部は該空気介在部の軸線方向両端に隣接して一対構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の動圧軸受。
ステータを保持するブラケットと、該ブラケットに対して相対回転するロータと、該ロータに固着され該ステータと協働して回転磁界を発生するロータマグネットと、該ロータの回転を支持する動圧軸受とを備えたスピンドルモータにおいて、
前記動圧軸受は、請求項１乃至５のいずれかに記載した動圧軸受であることを特徴とするスピンドルモータ。
情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、
前記スピンドルモータは、請求項６に記載したスピンドルモータであることを特徴とするディスク駆動装置。