JP2004218804A - 動圧軸受装置の冷却機構 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安価な機構によって動圧軸受部の冷却を良好に行わせることを可能とする。
【解決手段】軸部材１２または軸受部材２１の少なくとも一方に設けた冷却体収容部１８に、動圧軸受部ＲＢ，ＳＢに対する高温側領域と低温側領域との間で冷却作動媒体を自己循環させる媒体移送管３１を有する冷却手段３０を設け、媒体移送管３１そのものによって冷却作動媒体を自己循環させながら動圧軸受部ＲＢ，ＳＢに対する吸熱と放熱とを行わせ、従来のポンプ装置などのような強制移送手段を不要としつつ動圧軸受部の冷却を可能とし、冷却機構および装置全体を大幅に簡素化させたもの。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑流体の動圧によって軸部材と軸受部材とを支承させるようにした動圧軸受装置の冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種回転駆動装置において、回転体を高速かつ高精度に回転させるための軸受装置として、潤滑流体に動圧を発生させて軸部材と軸受部材とを相対回転可能に支持する動圧軸受装置の開発が進められている。このような動圧軸受装置では、軸部材側の動圧面と、軸受部材側の動圧面とが半径方向または軸方向に近接して対向するように配置されているとともに、その対向隙間に形成されたラジアル動圧軸受空間またはスラスト動圧軸受部の軸受空間内に適宜の潤滑流体が介在されており、ヘリングボーン形状の溝等からなる適宜の動圧発生手段によって上記潤滑流体に動圧を発生させ、その動圧によって、上記軸部材と軸受部材とを非接触で支承する構成になされている。
【０００３】
このような動圧軸受装置においては、近年、回転速度がより高速になりつつあるが、それに従って、潤滑流体に対する加圧力が次第に大きくなってきており、その潤滑流体への加圧力の増大に伴って、当該潤滑流体からの発熱量が大きくなり、動圧軸受部の温度が高くなっていく傾向がある。その結果、潤滑流体の劣化が早期に生じてしまったり、動圧軸受部内に焼き付き現象を招来するおそれが発生している。
【０００４】
このようなことから、従来より、動圧軸受部を強制的または直接的に冷却するようにした冷却機構に関する提案が種々行われている。つまり、従来における冷却機構では、例えば、軸部材および軸受部材の周辺部分にポンプ装置などの強制移送手段が配置されており、その強制移送手段の移送作用によって、空気等の冷却作動媒体が、高温側領域と低温側領域との間で強制循環させられるようになっている。なお、これに関連する技術文献として、実開昭６３−１９１４号公報などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように冷却作動媒体を強制的に循環させる構造の冷却手段を備えた従来の冷却機構では、ポンプ装置等の強制移送手段を備えていることから、装置全体を大型化せざるを得なくなっており、また高価になってしまうという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、動圧軸受部を小型で安価な機構によって、動圧軸受部の冷却を良好に行わせることができるようにした動圧軸受装置の冷却機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１にかかる動圧軸受装置の冷却機構では、軸部材または軸受部材の少なくとも一方に、冷却手段を収容する中空状の冷却体収容部が、軸方向に沿って延在するように形成されているとともに、上記冷却体収容部内に配置された冷却手段には、動圧軸受部に対する高温側領域と低温側領域との間で冷却作動媒体を自己循環させるように配置された媒体移送管が設けられている。
このような構成を有する請求項１にかかる動圧軸受装置の冷却機構によれば、媒体移送管そのものによって冷却作動媒体が自己循環させられることとなり、その冷却作動媒体の自己循環によって動圧軸受部に対する吸熱と放熱とが繰り返し行われ、従来のポンプ装置などのような強制移送手段を不要としつつ、動圧軸受部に対する冷却が行われ、冷却機構を含む装置全体の構造が大幅に簡素化されるようになっている。
【０００８】
また、本発明の請求項２にかかる動圧軸受装置の冷却機構では、上記請求項１における冷却手段の媒体移送管が、冷却作動媒体を自己循環させる毛細管力の発生を可能とした小径状管部材から構成されている。
このような構成を有する請求項２にかかる動圧軸受装置の冷却機構によれば、小径状管部材からなる、いわゆるマイクロヒートパイプによって、上述した作用が良好に行われるようになっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、それに先立って、まず本発明にかかる動圧軸受装置を採用した一例としてのハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の概要を説明しておく。
【００１０】
図１に示されている軸回転型のＨＤＤ駆動装置の全体は、固定部材としてのステータ組１０と、そのステータ組１０に対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロータ組２０とから構成されている。そのうちステータ組１０は、図示を省略した固定基台側にネジ止めされる固定フレーム１１を有している。この固定フレーム１１は、軽量化を図るためにアルミ系金属材料から形成されているが、当該固定フレーム１１の略中央部分には固定軸１２が立設するようにして設けられている。
【００１１】
また、上記固定軸１２から半径方向外方側に適宜の距離だけ離れた位置には、中空円筒状に形成された環状の軸受ホルダー１３が軸方向に立設されており、その軸受ホルダー１３の外周面側に形成された取付面に、電磁鋼板の積層体からなるステータコア１４が嵌着されている。そのステータコア１４に設けられた各突極部には、駆動コイル１５がそれぞれ巻回されている。
【００１２】
一方、上述した固定軸１２の外周側には、上述したロータ組２０の一部を構成する動圧軸受部材としての軸受スリーブ２１が回転自在に挿通されている。この軸受スリーブ２１は、小径の孔加工等を容易化するためにリン青銅などの銅系材料から形成されており、その軸受スリーブ２１に設けられた中心孔の内周壁部に形成された動圧面が、上記固定軸１２の外周面に形成された動圧面に対して半径方向に近接・対向するように配置されている。そして、それらの両動圧面どうしの微少な対向隙間を含む軸受空間に、軸方向に適宜の間隔をあけて２箇所のラジアル動圧軸受部ＲＢ，ＲＢが構成されている。より詳細には、上記ラジアル動圧軸受部ＲＢにおける軸受スリーブ２１側の動圧面と、固定軸１２側の動圧面とは、数μｍの微少対向隙間を介して周状に対向配置されており、その微少対向隙間を含む軸受空間内に、潤滑オイルや磁性流体等の潤滑流体が軸線方向に連続するように注入されている。
【００１３】
さらにまた、上記軸受スリーブ２１及び固定軸１２の両動圧面の少なくとも一方側には、例えばへリングボーン形状からなるラジアル動圧発生用溝が、軸方向に２ブロックに分けられて環状に凹設されており、回転時に、当該ラジアル動圧発生用溝のポンピング作用によって図示を省略した潤滑流体が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体に生じた動圧によって、上記軸受スリーブ２１とともに後述する回転ハブ２２が、上記固定軸１２に対してラジアル方向に非接触状態で軸支持される構成になされている。
【００１４】
上記回転ハブ２２は、上述した軸受スリーブ２１とともにロータ組２０を構成している部材であるが、当該回転ハブ２２に貫通形成された中心孔が、上記軸受スリーブ２１のその外周側に対して圧入又は焼嵌めによって接合されている。この回転ハブ２２は、フェライト系ステンレス等からなる中空円筒状部材から構成されているが、図示を省略した磁気ディスク等の記録媒体ディスクを外周部に搭載する略円筒状の胴部２２ｂを有しているとともに、その胴部２２ｂの図示下方側部分に、半径方向外方に張り出して記録媒体ディスクを軸線方向に支持するディスク載置部２２ｃを備えており、図示上方側から被せるように螺子止めされたクランパ（図示省略）による図示上方側からの押圧力によって、上記記録媒体ディスクの固定が行われるようになっている。
【００１５】
また、上記回転ハブ２２の胴部２２ｂの内周壁面側には、異なる磁極が周方向に適宜のピッチで交互に着磁された環状の駆動マグネット２２ｄが取り付けられている。この駆動マグネット２２ｄの内周面は、前述したステータコア１４における各突極部の外周側の端面に対して環状に近接対向するように配置されているとともに、当該環状駆動マグネット２２ｄの軸方向下端面は、上述した固定フレーム１１側に取り付けられた磁気吸引板２３と軸方向に対面する位置関係になされている。そして、これら両部材２２ｄ，２３どうしの間の磁気的吸引力によって、上述した回転ハブ２２の全体が軸方向に磁気的に引き付けられ、安定的な回転状態が得られる構成になされている。
【００１６】
さらに、上述した固定軸２１の軸方向両端部分には、一対のスラストリング１６，１７が嵌着されており、それら両スラストリング１６，１７における軸方向内部側への両対向面に動圧面がそれぞれ形成されている。これら両スラストリング１６，１７に設けられた各動圧面は、上述した軸受スリーブ２１の軸方向両端面（図示上下両端面）にそれぞれ形成された動圧面に対して、数μｍの微少隙間を介して軸方向に近接して対向配置されているとともに、その微少隙間からなる軸受空間内に、オイルや磁性流体等の潤滑流体が上述したラジアル動圧軸受部ＲＢから連続するようにして充填されている。
【００１７】
また、上述した軸受スリーブ２１側の両動圧面、及び両スラストリング１６，１７の両動圧面の少なくとも一方側には、スパイラル形状、又はへリングボーン形状のスラスト動圧発生溝が形成されており、それによって、スラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２が構成されている。すなわち、回転時に、上記スラスト動圧発生溝のポンピング作用によって潤滑流体が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体に発生した動圧によって、前記軸受スリーブ２１および回転ハブ２２がスラスト方向に浮上した非接触状態で軸支持される構成になされている。
【００１８】
さらに、上記スラストリング１６，１７の半径方向外方側には、当該スラストリング１６，１７を取り囲むようにしてカウンターリング２４，２５がそれぞれ配置されている。これらのカウンターリング２４，２５は、上述した軸受スリーブ２１に設けられた中心孔の軸方向両端部分に嵌着されており、これらの各カウンターリング２４，２５の内周側の壁面と、上記スラストリング１６，１７の外周側の壁面との間には、軸方向外方側に向かって斜めに延在する毛細管シール部ＳＳ１，ＳＳ２がそれぞれ画成されている。
【００１９】
これらの両毛細管シール部ＳＳ１，ＳＳ２は、前述したスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２を含む軸受空間に対して半径方向外方側から連通するように配置されており、上記カウンターリング２４，２５の内周側壁面と、スラストリング１６，１７の外周側壁面との間の狭小隙間を、軸方向外方側に向かって連続的に拡大させつつ開口させることによって、テーパ状のシール空間が画成されるようになっている。これらの毛細管シール部ＳＳ１，ＳＳ２内には、上述したスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２内の潤滑流体が、軸方向の途中位置に至るまで連続的に充填されている。
【００２０】
ここで、上述した固定軸１２の中心部分には、中空状の細孔からなる冷却体収容部１８が形成されている。この冷却体収容部１８は、上記固定軸１２の固定フレーム１１側（図示下端側）の一端面に形成された開口部から、軸方向（図示上方向）に沿って延出するように形成されており、上記固定軸１２の図示上端側の部位において閉塞されるように形成されている。そして、この冷却体収容部１８を構成している中空状の細孔内には、前述したラジアル動圧軸受部ＲＢおよびスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２を冷却するための冷却手段３０が装着されている。
【００２１】
この冷却手段３０は、螺旋パイプ状をなすように形成された媒体移送管３１からなり、本実施形態における当該媒体移送管３１は、いわゆるマイクロヒートパイプから構成されている。マイクロヒートパイプは、真空状に閉塞された小径状の管部材の内部側に、水や代替フロンなどの冷却作動媒体が封入されたものであって、上記小径状管部材の内壁面にライニングされた毛細管物質によって上記冷却作動媒体の移送が行われ、一端側で加熱されて蒸発した冷却作動媒体が、他端側で放熱されて凝縮されるサイクルが繰り返されるようになっている。
【００２２】
つまり、このマイクロヒートパイプからなる媒体移送管３１は、内部側に封入された冷却作動媒体を自己循環させるように構成されたものであり、上述した冷却体収容部１８内の図示下端側の開口部から螺旋状をなして図示上方側に延出した後に、上記冷却体収容部１８内の図示上端側の閉塞部で反転し、再び図示下端側の開口部に向かって上述した螺旋部分の中心位置を略直線状に延在している。これら固定軸１２内に挿通されている部位は、前述したラジアル動圧軸受部ＲＢおよびスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２に近接した領域、つまり加熱された高温側領域に配置されている。
【００２３】
一方、上記冷却体収容部１８における図示下端側の開口部に戻された上記媒体移送管３１は、前記固定軸２１の端面に沿って略直角に折れ曲げられており、そこから、前述した固定フレーム１１の図示下面側の表面上に沿って蛇行するように配置されており、その後に、再び上記冷却体収容部１８の開口部に戻されている。この固定フレーム１１および外気に接触している部位は、ほぼ常温状態に維持された低温側領域に配置されていることとなる。
【００２４】
上記冷却体収容部１８の開口部に戻された媒体移送管３１は、そこから再び冷却体収容部１８内に向かって螺旋状をなして図示上方側に延出するように配置されており、従って、前記ラジアル動圧軸受部ＲＢおよびスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２により加熱された高温側領域と、固定フレーム１１および外気に接触している低温側領域との間で、当該媒体移送管３１内の冷却作動媒体が、自己循環作用によって移送され、高温側領域で吸熱作用が行われることにより高温となった冷却作動媒体の熱が、低温側領域において放熱されることによって、前記ラジアル動圧軸受部ＲＢおよびスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２の冷却作用が行われるように構成されている。
【００２５】
このような構成を有する本実施形態によれば、媒体移送管３１そのものによって冷却作動媒体が自己循環させられることとなり、その冷却作動媒体の自己循環によって、ラジアル動圧軸受部ＲＢおよびスラスト動圧軸受部ＳＢ１，ＳＢ２に対する吸熱と放熱とが繰り返し行われるようになっている。従って、従来のポンプ装置などのような強制移送手段を不要としつつ、上記各動圧軸受部に対する冷却が行われ、冷却機構を含む装置全体の構造が大幅に簡素化されるようになっている。
【００２６】
特に、本実施形態では、冷却手段３０の媒体移送管３１が、冷却作動媒体を自己循環させる毛細管力の発生を可能とした小径状管部材からなる、いわゆるマイクロヒートパイプにより構成され、上述した作用が良好に行われるようになっていることから、冷却機構が容易かつ確実に実現される。
【００２７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのは言うまでもない。
【００２８】
例えば、上述した実施形態においては、冷却手段３０を固定軸１２内に設けるようにしているが、軸受部材（軸受スリーブ２１）側に設けることも同様に可能であり、またこれら双方の部材に冷却手段３０を配置することもできる。
【００２９】
また、本発明は、上述した実施形態のような潤滑流体としてオイルや磁性流体を用いた動圧軸受装置のみならず、エアーを潤滑流体とする動圧軸受装置に対しても同様に用いられるものである。
【００３０】
さらに、上述した実施形態は、軸固定型のＨＤＤスピンドルモータに対して本発明を適用したものであるが、軸回転型の動圧軸受装置や、モータ以外に用いられる動圧軸受装置等、その他の多種多様な動圧軸受装置に対しても本発明は同様に適用することができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１にかかる動圧軸受装置の冷却機構は、軸部材または軸受部材の少なくとも一方に設けた冷却体収容部に、動圧軸受部に対する高温側領域と低温側領域との間で冷却作動媒体を自己循環させる媒体移送管を有する冷却手段を設け、媒体移送管そのものによって冷却作動媒体を自己循環させながら動圧軸受部に対する吸熱と放熱とを行わせ、従来のポンプ装置などのような強制移送手段を不要としつつ動圧軸受部の冷却を可能とし、冷却機構および装置全体を大幅に簡素化させたものであるから、小型で安価な機構によって動圧軸受部の冷却を良好に行わせることができ、小型で高性能な動圧軸受装置を実現することができる。
【００３２】
また、本発明の請求項２にかかる動圧軸受装置の冷却機構は、上記請求項１における冷却手段の媒体移送管を、冷却作動媒体を自己循環させる毛細管力の発生を可能とした小径状管部材から構成し、いわゆるマイクロヒートパイプを用いることによって上述した効果を確実に得ることができるように構成したものであるから、より一層安価かつ高性能な動圧軸受装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる動圧軸受装置を備えた軸固定型のＨＤＤ用スピンドルモータの概要を表した縦断面説明図である。
【符号の説明】
１０ ステータ組
１１ 固定フレーム
１２ 固定軸
１８ 冷却体収容部
２０ ロータ組
２１ 軸受スリーブ
２２ 回転ハブ
３０ 冷却手段
３１ 媒体移送管（マイクロヒートパイプ）
ＲＢ ラジアル動圧軸受部
ＳＢ１，ＳＢ２ スラスト動圧軸受部

Claims (2)

1. 相対回転可能に装着された軸部材と軸受部材との対向隙間内に潤滑流体が介在され、その潤滑流体の動圧を利用して上記軸部材と軸受部材とを非接触で支承するように構成された動圧軸受部と、その動圧軸受部に対する冷却手段と、を備えた動圧軸受装置の冷却機構において、
   上記軸部材または軸受部材の少なくとも一方に、前記冷却手段を収容する中空状の冷却体収容部が、軸方向に沿って延在するように形成されているとともに、
   上記冷却体収容部内に配置された冷却手段には、高温側領域と低温側領域との間で冷却作動媒体を自己循環させる媒体移送管が設けられていることを特徴とする動圧軸受装置の冷却機構。
2. 前記冷却手段の媒体移送管は、前記冷却作動媒体を自己循環させる毛細管力の発生を可能とした小径状管部材から構成されていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置の冷却機構。

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