JP2005315357A - 動圧軸受、スピンドルモータ及び記録ディスク装置 - Google Patents

動圧軸受、スピンドルモータ及び記録ディスク装置 Download PDF

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Abstract

【課題】
軸方向の長さが短くても十分なラジアルの軸支持を得られる動圧軸受を提供する。
【解決手段】
略円柱状のシャフト1と、このシャフト1が挿通される略円筒状のスリーブ2の内周面とは径方向微少間隙を介して径方向に対向し、径方向微小間隙に動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受12が形成され、ラジアル動圧軸受12を構成するシャフト1の外周面とスリーブ2の内周面とのうち、少なくとも一方の面には径方向に陥没した凹部(41)が周方向に複数配列して形成され、この凹部の軸方向両端に壁面が設けられる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、特に小形、薄型の動圧軸受、その動圧軸受を用いて構成されるスピンドルモータおよびそのスピンドルモータを用いて構成される記録ディスク駆動装置に関する。
ハードディスクをはじめとする記録ディスク駆動装置は、近年なお一層の小型化が図られ、従来の用途であったコンピュータ機器のみならず、家庭用視聴覚機器や携帯機器にも用いられている。ディスク駆動装置が小型化すると、その記録ディスクを回転させるスピンドルモータも合わせて小型化、薄型化しなければならない。
記録ディスクを回転させるスピンドルモータは、静音性や長寿命の要求から、流体動圧軸受が用いられている。そのラジアル荷重を支持するために、略「く」の字状のヘリングボーン溝を形成するのが一般的である(特許文献1)。そのヘリングボーン溝を軸方向に2列にわたって配する事により、モーメント剛性を確保していた。しかし、薄型化によってラジアル動圧軸受の軸方向長さが減少すると、ヘリングボーン溝を軸方向に複数列配置することは加工の制約から困難である。しかしながら溝を1列にすると、モーメント剛性が不足し、安定な軸支持が困難であった。
一方ラジアル軸受の軸受間隙を周方向に変化させることによって軸支持を行なう、いわゆるステップ溝も広く行なわれていた(特許文献2)。しかし、ステップ溝は軸方向に広い範囲で動圧を高めるため、十分なモーメント剛性を得ることができなかった。また、十分な剛性を得ようとすると、動圧の発生に伴う回転抵抗が大きくなり、消費電力が向上してしまうという問題があった。
特開2004−56963号公報 特開平8−321131号公報
本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みて為されたものであり、軸方向の長さが短くても十分なラジアルの軸支持を得られる動圧軸受を提供することである。
上記の本発明が解決すべき課題に鑑みて、本発明の請求項1に記載された動圧軸受は、略円柱状のシャフトと、略円筒状のスリーブを有する。そのシャフトの外周面とスリーブの内周面とは径方向に微少間隙を介して対向する。その径方向微少間隙に動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受が形成される。
そのラジアル動圧軸受を構成するシャフトの外周面とスリーブの内周面とのうち少なくともいずれか一方には凹部が周方向に複数配列されて形成されている。その凹部の軸方向両端側には、その軸方向の両端に壁面が形成されている。
請求項2に記載された動圧軸受は、略円柱状のシャフトと、略円筒状のスリーブとを有する。スリーブの少なくとも一つの軸方向端部には、シャフトと直交する平面で構成されるスリーブ平坦面が形成され、そのスリーブ平坦面と対向するシャフト平坦面を有するスラストフランジがシャフトから径方向外方に延設される。
シャフトの外周面と、スリーブの内周面とは径方向に微少間隙を介して対向し、その径方向微少間隙内に動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受が形成される。スリーブ平坦面とシャフト平坦面とは軸方向に微少間隙を介して対向し、その軸方向微少間隙内に動圧発生流体が保持されてスラスト動圧軸受が形成される。径方向微少間隙と軸方向微少間隙とには動圧発生流体が連続して保持される。
そのラジアル動圧軸受を構成するシャフトの外周面とスリーブの内周面とのうち少なくともいずれか一方には凹部が周方向に複数配列されて形成されている。
またその凹部の軸方向少なくとも一端側に位置する軸方向間隙の周方向の少なくとも一部が周方向に沿って狭められている。
請求項3に記載された動圧軸受は、略円柱状のシャフトと、略円筒状のスリーブとを有する。スリーブの少なくとも一つの軸方向端部には、シャフトと直交する平面で構成されるスリーブ平坦面が形成され、そのスリーブ平坦面と対向するシャフト平坦面を有するスラストフランジがシャフトから径方向外方に向けて延設される。
シャフトの外周面と、スリーブの内周面とは径方向に微少間隙を介して対向し、その径方向微少間隙内に動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受が形成される。スリーブ平坦面とシャフト平坦面とは軸方向に微少間隙を介して対向し、その軸方向微少間隙内に動圧発生流体が保持されてスラスト動圧軸受が形成される。径方向微少間隙と軸方向微少間隙とには動圧発生流体が連続して保持される。
そのラジアル動圧軸受を構成するシャフトの外周面とスリーブの内周面とのうち少なくともいずれか一方には凹部が周方向に複数配列されて形成されている。
スラスト動圧軸受を構成するシャフト平坦面又はスリーブ平坦面のうちのいずれか一方もしくは両方に動圧発生溝が形成され、スラスト動圧軸受はその動圧発生溝によって径方向内周に向けて動圧発生流体の圧力を高めるポンプインスラスト動圧軸受である。
請求項4に記載された動圧軸受は、シャフトの一端が球形または錘形とされ、スリーブには直接または間接的にスラスト片が固定される。そのスラスト片とシャフトの球形または錘形とされた一端側の先端部の一点を中心として摺動回転することによって軸方向の荷重が支持される。
請求項5に記載された動圧軸受は、スラスト動圧軸受を構成するスリーブ平坦面の直径が、ラジアル動圧軸受を構成するスリーブの内周面の軸方向長さと同等もしくはそれより長くされる。
請求項6に記載された動圧軸受は、その凹部に、その凹部の深さが最も深い部分から周方向一方に形成された凹部の深さが最も浅い部分に向けて深さが減少していくテーパ面が形成される。そのテーパ面を有する凹部がシャフト外周面又はスリーブ内周面のいずれか一方に少なくとも3つ以上形成されている。
請求項7に記載された動圧軸受は、その凹部内のテーパ面の一部に、テーパ面から径方向外方に突出された丘部が形成されている。
請求項8に記載された動圧軸受は、丘部が、凹部の深さが最も深い部分と最も浅い部分との中心よりも浅い部分に形成されている。
請求項9に記載された動圧軸受は、丘部が、縁面部と同一周面を形成し、凹部の軸方向中央部に位置しており、テーパ部のうち凹部の深さが浅い部分を軸方向に分割して配置されている。この分割されたテーパ部の凹部の深さが浅い部分ががいずれも、凹部の深さが浅くなるにつれて軸方向長さが減少している。
請求項10に記載された動圧軸受は、径方向凹部の軸方向中央部の少なくとも一部に凹溝が形成されている。
請求項11に記載された動圧軸受は、凹溝が周方向に連続し形成されている。
請求項12に形成された動圧軸受は、径方向凹部が形成された面に、軸方向に平行な溝が形成されている。
請求項13に記載された動圧軸受は、
スリーブに連通孔が形成され、その両端はそれぞれラジアル動圧軸受よりも軸方向外方において開口されている。
請求項14に記載された動圧軸受は、スリーブが焼結多孔質金属で形成される。
請求項15に記載されたスピンドルモータは、ベースプレートと、そのベースプレートに固定されたステータと、そのステータと対向しそのステータに対して回転可能であるロータマグネットと、そのロータマグネットを保持するロータハブとを備えている。ロータハブをベースプレートに対して請求項1乃至15に記載された動圧軸受を介して回転自在に支持する。
請求項16に記載されたディスク駆動装置は、ハウジング内に、記録ディスクにデータを読み書きするヘッドと、該ヘッドをディスク面上で移動させるアクチュエータと、請求項16に記載されたスピンドルモータとを備える。
本発明の請求項1に記載された動圧軸受は、ラジアル動圧軸受を構成するシャフト外周面とスリーブ内周面との少なくとも一方の面に凹部が形成されている。この凹部の軸方向高さを、動圧を高めたい軸方向の幅として設計することにより適宜調整することができる。その際には、軸方向に一ヶ所または複数ヶ所に動圧が高い部分を設けることも可能であり、一定の幅を持って高めることも可能である。
また、この凹部の軸方向両端には壁面が形成され、これによって高められた動圧が軸方向両端から外部に逃げてしまうことを防ぐことができ、効率的に軸支持を行なうことができる。
請求項2に記載された動圧軸受は、ラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受とを有しており、それらの間にも連続的に動圧発生流体が保持されている。動圧発生流体が潤滑油や液体の場合には、その軸受内に存在する空気が溶けこんで、再び気泡となって軸支持圧が不安定に成ることを防ぐことができる。また、ラジアル動圧軸受を構成するシャフトの外周面とスリーブとの内周面の少なくとも一方には凹部が形成され、スラスト動圧軸受が形成される軸方向微少間隙は周方向に沿って周方向の一部が狭められている。これにより、ラジアル動圧軸受で高められた動圧が、スラスト動圧軸受の外周にまで逃げてしまうことを防ぐことができ、効率的に軸支持を行なうことができる。
請求項3に記載された動圧軸受は、ラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受とを有しており、それらの間にも連続的に動圧発生流体が保持されている。動圧発生流体が潤滑油や液体の場合には、その軸受内に存在する空気が溶けこんで、再び気泡となって軸支持圧が不安定に成ることを防ぐことができる。また、ラジアル動圧軸受を構成するシャフトの外周面とスリーブとの内周面の少なくとも一方には凹部が形成されている。そのうえ、スラスト動圧軸受が、軸受の外方からラジアル動圧軸受が形成される径方向微少間隙に向かって圧力を高めている。したがって、ラジアル動圧軸受で動圧が高められ、さらに径方向微少間隙の一端もしくは両端からスラスト動圧軸受によって圧力が高められる。それにより、軸支持圧の向上を図ることができる。さらに、このようにポンプインスラスト動圧軸受とすることによって、ラジアル、スラスト動圧軸受の軸受内部が常に外気圧よりも高圧になり、負圧によって生じる気泡の発生や軸支持圧不足などを回避することができる。
請求項4に記載された動圧軸受は、スラスト片とシャフトの球形または錘形とされた一端側の先端部とが摺動回転することによって軸方向の荷重が支持されている。この構造を用いれば、スラスト動圧軸受のような精度が高い加工を必要としないで軸方向の荷重支持を行なうことができるため、安価且つ容易に製造することができる。
請求項5に記載された動圧軸受は、スラスト動圧軸受を構成するスリーブ平坦面の直径が、ラジアル動圧軸受を構成するスリーブの内周面の軸方向長さと同等もしくはそれより長くされる。このような軸受によって、動圧軸受を備えるモータをさらに薄型化できる。
請求項6に記載された動圧軸受は、その凹部に、その凹部の深さが最も深い部分から周方向一方に形成された凹部の深さが最も浅い部分に向けて深さが減少していくテーパ面が形成される。これにより、ラジアル動圧はその凹部の最も深い部分からその凹部の最も浅い部分に向けて高められる。そのテーパ面を有する凹部がシャフト外周面又はスリーブ内周面のいずれか一方に少なくとも3つ以上形成されており、周方向にも安定した軸支持圧を得ることができる。
請求項7に記載された動圧軸受は、その凹部内のテーパ面の一部に、テーパ面から径方向外方に突出された丘部が形成されている。この丘部はテーパ面上において障害となっており、この障害によって丘部の周囲の動圧が高まる。
請求項8に記載された動圧軸受は、丘部が、凹部の深さが最も深い部分と最も浅い部分との中心よりも浅い部分に形成されている。これにより、特に動圧が高まる凹部の深さが浅くなる部分で動圧を更に高めることができる。
請求項9に記載された動圧軸受は、丘部が、縁面部と同一周面を形成し、凹部の軸方向中央部に位置しており、テーパ部のうち凹部の深さが浅い部分を軸方向に分割して配置されている。この分割されたテーパ部の凹部の深さが浅い部分ががいずれも、凹部の深さが浅くなるにつれて軸方向長さが減少している。こうしてラジアル動圧が軸方向に2ヶ所以上の場所で高められ、軸支持を安定させることができる。
請求項10に記載された動圧軸受は、径方向凹部の軸方向中央部の少なくとも一部に凹溝が形成されており、その凹溝によって軸方向中央部で軸支持圧が低下し、事実上軸方向に2ヶ所で軸支持圧が高められる。
請求項11に記載された動圧軸受は、凹溝が周方向に連続し形成されている。これにより、動圧が過剰に高まって回転の抵抗となることを回避することができ、さらに周方向に動圧発生流体を循環させることができる。
請求項12に形成された動圧軸受は、径方向凹部が形成された面に、軸方向に平行な溝が形成されている。この溝によってラジアル動圧軸受の外部と内部とが連通され、さらにラジアル動圧軸受に動圧発生流体を供給するためのリザーバとなる。
請求項13に記載された動圧軸受は、スリーブに連通孔が形成され、その両端はそれぞれラジアル動圧軸受よりも軸方向外方において開口されている。ラジアル動圧軸受の両端の圧力をほぼ同一とすることによって、軸支持の安定化を図り、さらに動圧発生流体を循環させることにより、動圧発生流体の内部に存在する空気の噛み込み等を抑えることができる。
請求項14に記載された動圧軸受は、スリーブが焼結多孔質金属で形成される。燒結多孔質金属はコイニングなどの加工により凹部を容易に形成することができ、さらに動圧発生流体として潤滑油を用いる場合には多孔質部材に含油することができるので、非常に有効である。
請求項15に記載されたスピンドルモータは、本発明の動圧軸受を用いて構成されることにより、小型化、薄型化と、モーメント剛性の向上による安定した軸支持とを同時に満足している。
請求項16に記載されたディスク駆動装置は、本発明のスピンドルモータを使用することにより、装置全体を小型化、薄型化でき、且つデータの読み書きを安定して行なうことができる。
本発明の最良の実施の形態について図を参照しながら説明する。なお、本実施の形態の説明における上下左右などの方向に関する表現はいずれも、特別な記載がある場合を除いて図面状の方向を示している。したがって、実際の実施の方向を制限するものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明を実施した第1の実施形態にかかる動圧軸受10の断面図である。なお、本実施例の動圧軸受10はスピンドルモータに使用されるものであるが、回転駆動部分を構成する部材は省略されている。
(1−1)構成
本発明の動圧軸受10は、略円柱状のシャフト1と、略円筒状のスリーブ2と、スリーブ2の径方向外方に位置しスリーブ2を覆う略カップ状の軸受ハウジング4と、シャフト1の上端部から径方向に延設された天板部3bを有するロータハブ3とから構成される。スリーブ2は焼結多孔質部材から構成されている。軸受ハウジング4は、アルミニウム、ステンレス、真鍮、樹脂などで形成される。シャフト1はプレス又は切削によりロータハブ3と一体に形成される。
なお、スリーブ2と軸受ハウジング4は一体に形成されてもよい。例えば、アルミニウムやステンレス、真鍮などで一体に形成されたり、焼結多孔質体で一体に形成し、外周面を封孔処理されてもよい。また、スリーブ2となる焼結多孔質体を樹脂でインサート成形されてもよい。
(1−2)動圧軸受の構成
シャフト1の外周面1aとスリーブ2の内周面2aとは径方向に微少間隙を介して対向している。その径方向微少間隙には潤滑性を有するオイルが保持されている。また、スリーブ2の上端面及び軸受ハウジング4の上端面4aはロータハブ3の天板部3bの下面3aと軸方向に微少な間隙を介して対向する。その軸方向の微少な間隙には、径方向の微少間隙に保持されているのと同様のオイルが径方向微少間隙に連続して保持されている。オイルはシャフト1の下端部と軸受ハウジング4の底面との間にも連続的に保持されており、こうして軸受ハウジング4内はオイルが途切れなく満たされる。この状態をフルフィル状態という。
なお、ロータハブ3は軸受ハウジング4の最外周縁よりも外周に下垂周壁3cを有しており、この下垂周壁3cに取りつけられた抜け止め21の内周面と軸受ハウジング4の外周面との間にオイルと空気との界面11がただ一つ形成される。抜け止め21の内周面と軸受ハウジング4の外周面との間は、軸受の外部に向かうにつれて広げられるテーパ形状にされており、オイルが軸受外部に漏れ出すことが防がれている。また、軸受ハウジング4の外周面には周方向に段差が設けられ、ロータハブ3の下垂周壁3cに設けられた抜け止め21がその段差に対向して、シャフト1とスリーブ2の軸方向の一定以上の移動が規制される。
シャフト1がスリーブ2に対して回転されると、径方向微少間隙に保持されているオイルがシャフト1外周面とスリーブ2内周面との間で動圧を発生させ、ラジアル(径方向)の荷重支持圧が発生する。こうしてラジアル動圧軸受12が形成される。また、同様にシャフト1がスリーブ2に対して回転されると、軸方向微少間隙に保持されているオイルが軸受ハウジング4上端面と天板部3bの下面との間で動圧を発生させ、スラスト(軸方向)の荷重支持圧が発生する。こうしてスラスト動圧軸受13が形成される。
スラスト動圧軸受13が形成される軸受ハウジング4の上端面4aの直径は、ラジアル動圧軸受12が形成されるシャフト1の外周面の軸方向長さよりも大きく設定される。これにより、適正な荷重支持圧を確保しつつ、動圧軸受10全体を薄型化することができ、動圧軸受10を備えたスピンドルモータを小型化することができる。
(1−3)スラスト動圧発生溝
図2は軸受ハウジング4を上から見た平面図である。軸受ハウジング4の上端面4aにはスラスト荷重支持圧を高めるためにスラスト動圧発生溝48が形成される。軸受ハウジング4の内部が大気圧に対して負圧になると、動圧軸受10内部に気泡が発生し、動圧軸受10の安定した回転を妨げ、ロックを引き起こすことがある。そのため、軸受ハウジング4内が常に外気圧よりも高い圧力になるように、軸受ハウジング4の上端面4aに形成されたスラスト動圧溝48は、回転時に内側にオイルを送りこむよう回転方向に対して内向きのスパイラル溝とされている。この溝は内向きにアンバランスなヘリングボーン溝とされていてもよい。このように動圧軸受10の内部にオイルを押しこむスラスト動圧軸受13をポンプインスラスト動圧軸受又はインポンプスラスト動圧軸受という。
(1−4)ラジアル動圧溝と動圧発生流体の流れ
スリーブ2の内周面にはラジアル荷重支持圧を高めるためにラジアル動圧発生溝が形成される。ラジアル動圧溝は径方向に陥没された凹部41をスリーブ2の内周面2aに周方向に沿って複数配列して形成される。その凹部41の形状は、第1乃至第4の凹部41の形状から一つが選択される。
なお、本実施形態を表す図3、図4、図5、図6はいずれも動圧発生溝の様子を強調して示したものである。実際の動圧発生溝の深さは数〜数十マイクロメートル程度と非常に浅く、図示が困難であるため、その動圧溝の深さを実際よりも深く示している。また、図3、図4、図5、図6に示されたグラフは、縦軸を動圧溝によって発生される圧力P、横軸を軸と平行なz軸としている。
図3は第1の凹部41の形状を示すスリーブ2の内周面の破断斜視図及びC−C´断面における動圧が発生した圧力分布を示すグラフである。スリーブ2が静止しているとき、シャフト1がAの方向に回転すると、オイルはシャフト1の外周面1aにつられてAの方向に流れ始める。オイルの流れの上流側において、凹部41は最も深く、径方向微少間隙の間隔が広い。そのため回転時の動圧は低い。オイルの流れの上流から下流に向かうにつれて、凹部41の深さは浅くなり、径方向微少間隙の間隔が狭められる。すると回転の速度に応じて圧力が高められ、シャフト1の外周面1aはスリーブ2の内周面2aから離れる方向に力がはたらく。この凹部41がスリーブ2の内周面2aに複数配列されることにより、シャフト1がスリーブ2に対して径方向に支持される。また、このはたらきを助けるために凹部41の軸方向の両端には土手42が形成されており、テーパ面44において高圧になったオイルが、軸方向の上下に流出することを防いでいる。
図3のグラフに表されるとおり、この動圧溝によって軸方向に均一な圧力が発生し、広い範囲にわたって軸支持力が得られる。そのため、モーメント剛性が向上している。
なお、この凹部41のオイルの上流側には軸方向に貫かれた軸方向溝46が形成されており、ラジアル動圧軸受12の外に押し出されたオイルがラジアル動圧軸受12内に供給される。
図4は第2の凹部41aの形状を示す、スリーブ2の内周面2aの破断斜視図及びC−C´断面における圧力分布を示すグラフである。スリーブ2が静止しているとき、シャフト1がAの方向に回転をはじめると、オイルがシャフト1外周面1aにつられてAの方向に流れ始める。この凹部41aは図3に示した凹部41とほぼ同様の形状をしているが、凹部41aの軸方向のほぼ中心に周方向に沿って深溝45が形成されている。回転時には凹部41aが浅くなる部分から深溝45内にオイルが流入する。この深溝45によってラジアル動圧軸受12の軸方向のほぼ中心部において動圧の発生が抑えられ、事実上凹部41aの上半分と下半分との2ヶ所で径方向の荷重支持を行なう。また、このはたらきを助けるために凹部41aの軸方向の両端には土手42が形成されており、テーパ面44aにおいて高圧になったオイルが、軸方向の上下に流出することを防いでいる。
図4のグラフに表されるとおり、この動圧発生溝によって軸方向上側と下側で動圧が高められ、深溝45が形成されている軸方向中央付近ではそれほど動圧が高まらない。
図5は第3の凹部41bの形状を示す、スリーブ2の内周面2aの破断斜視図及びC−C´断面における圧力分布を示すグラフである。スリーブ2が静止しているとき、シャフト1がAの方向に回転をはじめると、オイルがシャフト1の外周面1aにつられてAの方向に流れ始める。この凹部41bは図3に示した凹部41とほぼ同様の形状をしているが、凹部41bのテーパ面44b上の浅くなる側の周方向端部に丘43が設けられる。この丘43は凹部41bを構成しないスリーブ2の内周面2aと同一の周面を形成している。オイルの流れの上流側ではこの丘43は段差を伴って凹部41bから突設される。一方オイルの流れの下流側ではこの丘43は凹部41bが浅くなる部分と連続する。この丘43が回転の際の障壁となり、凹部41bの軸方向両端側にオイルが押し出され凹部41bの上下それぞれで動圧が高められる。また、このはたらきを助けるために凹部41bの軸方向の両端には土手42が形成されており、テーパ面44bにおいて高圧になったオイルが、軸方向の上下に流出することを防いでいる。
図5のグラフに表されているとおり、この動圧発生溝によって軸方向中央部から軸方向両端側にかけて段階的に高まり、凹部41bの軸方向両端付近では図3や図4に示した動圧発生溝に比べて圧力が高められ、より安定した軸支持がなされる。
なお、この凹部41bのオイル14の上流側には軸方向に貫かれた軸方向溝46が形成されており、ラジアル動圧軸受12の外に押し出されたオイルがラジアル動圧軸受12内に供給される。
図6は第4の凹部41cの形状を示す、スリーブ2の内周面2aの破断斜視図及びC−C´断面における圧力分布を示すグラフである。スリーブ2が静止しているとき、シャフト1がAの方向に回転をはじめると、オイルがシャフト1の外周面1aにつられてAの方向に流れ始める。この凹部41cは図3に示した凹部41とほぼ同様の形状をしているが、凹部41cのテーパ面44c上の浅くなる側の周方向端部に丘43’が設けられる。この丘43’を周面に平行な面から見ると略二等辺三角形状であり、その2つの等辺はテーパ面44cに連続する。これにより、スムーズにオイルが凹部41cの軸方向両端に向けて押し出され、凹部41cの上端と下端でそれぞれ荷重支持圧が発生し、ラジアル動圧軸受12が形成される。また、このはたらきを助けるために凹部41cの軸方向の両端には土手42が形成されており、テーパ面44cにおいて高圧になったオイルが、軸方向の上下に流出することを防いでいる。
図6のグラフに表されているとおり、この動圧発生溝によって軸方向中央部から軸方向両端側にかけて連続的に高まり、凹部41cの上下端付近では図3や図4に示した動圧発生溝に比べて圧力が高められ、より安定した軸支持がなされる。
なお、この丘が二等辺三角形でなく不等辺三角形とする事により、ラジアル動圧の上下それぞれの荷重支持圧を容易に変化させることができる。このようにすると、回転体の重心に合わせた設計をすることが容易になり、安定して回転させることが可能になる。
また、この凹部41cのオイルの上流側には軸方向に貫かれた軸方向溝46が形成されており、ラジアル動圧軸受12の外に押し出されたオイルがラジアル動圧軸受12内に供給される。
これらの溝形状に加えて、全周に渡って深溝45が形成されていてもよい。こうすることで、荷重支持に必要なオイルを全周に行き渡らせることができる。
また、図1に示すように、軸受ハウジング4とスリーブ2との間には連通孔15が形成され、スラスト動圧軸受13部の内周と、シャフト1の下端部に保持されているオイルが連通される。こうしてシャフト1の下端部において負圧が発生することを防ぐことができる。さらにオイルの循環を促すことにより、気泡が発生した場合に一ヶ所にたまりにくくなる。
また、これらのラジアル動圧発生凹部41、41a、41b、41cはその軸方向両端に形成された丘43、43’及び(1−3)で述べたインポンプスラスト動圧軸受によりラジアル動圧が軸方向両端側に逃げないようにされている。こうして軸方向の長さが短くても十分な剛性を有するラジアル動圧軸受12を得ることが可能になる。
なお、ラジアル動圧溝はシャフトの外周面に形成されていてもよい。また、シャフトとスリーブの両方に設けられていてもよい。また、スラスト動圧軸受13のスラスト動圧溝48が形成される部分の内周側で軸方向微少間隙が狭められた部分があるとラジアル動圧を更に高めることができるのでなおよい。
(第2の実施形態)
図7は、本発明を実施した第2の実施形態にかかる動圧軸受100の断面図である。
(2−1)構成
本実施形態の動圧軸受100は、第1の実施形態と同様、略円柱状のシャフト101と、略円筒状のスリーブ102と、スリーブ102の径方向外方に位置する円筒部を有する軸受ハウジング104と、シャフト101の上端部から径方向に延設された天板部を有するロータハブ103とを備えている。さらに軸受ハウジング104の円筒部の上端部はスリーブ102の上端面が当接するように、径方向内方に延伸され、シャフト101の外周面101aよりも内径が小さな環状部104aが設けられている。シャフト101にはその環状部104aの内周面よりも直径が小さくされた周状凹部101cを有しており、その周状凹部に環状部104aの最内周端部が位置して、軸方向の抜け止めとされる。軸受ハウジング104の円筒部の下方開口部にはスラスト板105が取りつけられ、開口部が封止される。このスラスト板105は、金属との摺動に際して摩擦係数が小さな樹脂、テフロン(登録商標)、表面加工した金属やセラミックスなどが用いられる。
(2−2)動圧軸受の構成
シャフト101の外周面101aとスリーブ102の内周面102aとは径方向に微少間隙を介して対向している。その径方向微少間隙には潤滑性を有するオイルが保持されている。そのオイルはシャフト101の下端部とスラスト板105との間にも連続的に保持されており、こうしてスラスト板105によって閉塞された軸受ハウジング104内はオイルが途切れなく満たされる。この状態をフルフィル状態という。
なお、軸受ハウジング104の環状部の内周面は上に向かうほどシャフト101の周状凹部の外周面との間隔が広がる斜面を有しており、その斜面にオイルと外気との界面が形成される。
シャフト101がスリーブ102に対して回転されると、径方向微少間隙に保持されているオイルがシャフト101外周面とスリーブ102内周面との間で動圧を発生させ、ラジアルの荷重支持圧が発生する。こうしてラジアル動圧軸受112が形成される。シャフト101の下端部101bは球面状にされ、軸受ハウジング104の下方端部に取りつけられたスラスト板105と点接触し摺動する。これにより軸方向の荷重が支持されスラスト軸受113が形成される。
(2−3)ラジアル動圧軸受溝
本実施形態におけるラジアル動圧溝の形状は第1の実施形態と同様である。
なお、符号115は軸受ハウジング104とスリーブ102との間には形成された連通孔を示す。
(第3の実施形態)
図8は、本発明を実施した第3の実施形態にかかる動圧軸受200の断面図である。
(3−1)構成
本実施形態の動圧軸受200は、略円柱状のシャフト201と、略円筒状のスリーブ202と、シャフト201に固定されスリーブ202の上端面202bと対向するスラスト平面206Aaを有する第1のスラストブッシュ206Aと、シャフト201に固定されスリーブ202の下端面202cと対向するスラスト平面206Baを有する第2のスラストブッシュ206Bと、スリーブ202の径方向該方に外嵌されたロータハブ203と、ロータハブ203に取りつけられ、第1のスラストブッシュ206Aの軸方向上側に位置する第1のシール部材と、ロータハブ203に取りつけられ第2のスラストブッシュ206Bの軸方向下方に位置する第2のシール部材とから構成される。
(3−2)動圧軸受の構成
シャフト201の外周面とスリーブ202の内周面とは径方向に微少間隙を介して対向している。その径方向微少間隙には潤滑性を有するオイルが保持されている。
スリーブ202の上端面と第1のスラストブッシュ206Aの下面とは第1の軸方向微少間隙を介して対向している。またスリーブ202の下端面と第2のスラストブッシュ206Bの上面とは第1の軸方向微少間隙を介して対向している。それら第1の軸方向微少間隙及び第2の軸方向微少間隙には径方向微少間隙に保持されているのと同等のオイルが径方向微少間隙と連続して設けられる。こうして第1の軸方向微少間隙から径方向微少間隙そして第2の軸方向微少間隙はオイルが連続して介在する。この状態をセミフルフィル状態という。
第1のスラストブッシュ206Aの上面と第1のシール部材の下面とは、径方向内方に行くにしたがってその面間の間隔が拡大していく第1のテーパ部が形成され、その第1のテーパ部内にオイルと外気との界面が形成される。また第2のスラストブッシュ206Bの下面と第2のシール部材の上面とは、径方向内方に行くにしたがってその面間の間隔が拡大していく第2のテーパ部が形成され、その第2のテーパ部内にオイルと外気との界面が形成される。
シャフト201がスリーブ202に対して回転されると、径方向微少間隙に保持されているオイルがシャフト201外周面とスリーブ202内周面との間で動圧を発生させ、ラジアルの荷重支持圧が発生する。こうしてラジアル動圧軸受が形成される。また、同様にシャフト201がスリーブ202に対して回転されると、第1の軸方向微少間隙に保持されているオイルがスリーブ202の上端面と第1のスラストブッシュ206Aの下面との間で動圧を発生させ、シャフト201に対してスリーブ202を下向きに押圧するスラスト荷重支持圧が発生する。さらに第2の軸方向微少間隙に保持されているオイルがスリーブ202の下端面と第2のスラストブッシュ206Bの上面との間で動圧を発生させ、シャフト201に対してスリーブ202を上向きに支持するスラスト荷重支持圧が発生する。これら2つのスラスト荷重支持圧によってスラスト動圧軸受が形成される。
(3−3)スラスト動圧発生溝
本実施形態において、その2つのスラスト動圧軸受はいずれも第1の実施形態で説明したものと同様に、インポンプスラスト動圧溝が形成されている。その動圧発生溝は、第1及び第2のスラストブッシュ206A、206Bのそれぞれスリーブ202と対向する面に形成されている。その動圧発生溝がスリーブ202の上下それぞれの端面に形成されていてもよい。
なお、第1及び第2の軸方向微少間隙の、動圧発生溝が形成された部分よりも径方向内周には、周方向に渡って軸方向間隙が狭められている。より具体的には、第1及び第2のスラストブッシュ206A、206Bのスリーブ202対向面とスリーブ202の両端面のいずれか一方もしくは両方に周状の軸方向突出が形成されている。
これによりラジアル動圧軸受によって径方向微少間隙内で高圧になったオイルが軸方向微少間隙内に流れ込むことを防ぐことができ、ラジアル動圧軸受による荷重支持圧をより高めることができる。
(3−4)ラジアル動圧溝
本実施形態におけるラジアル動圧発生溝は第1の実施形態と同様である。
なお、符号215はロータハブ203とスリーブ202との間には形成された連通孔を示す。
(第4の実施形態)
図9は、本発明を実施したスピンドルモータ30及び記録ディスク駆動装置50の断面図である。
(4−1)構成
この記録ディスク駆動装置50は、記録ディスク51と、記録ディスク51を回転させるスピンドルモータ30と、記録ディスク51に対して情報のアクセスを行なうヘッド52と、それら全体を収容するハウジング53とを備える。
(4−2)スピンドルモータ
スピンドルモータ30は、第1乃至第3の実施形態によって説明された動圧軸受300を備えている。スピンドルモータ30はハウジング53の一部をその基板とし、その基板上にステータ31と回路基板(不図示)とが固定される。一方、ロータハブ303に固定されたロータマグネット33はステータ31と径方向に対向され、動圧軸受300によって基板部材、ステータ31に対して回転自在に支持される。ステータ31は複数のコイル32を備えており、それらコイル32への通電は制御回路によって制御される。
(4−3)動作
スピンドルモータ30のロータハブ303には記録ディスク51が載置され、ロータハブ303と一体に回転される。制御回路によって、ステータ31のコイル32に通電されると、スピンドルモータ30が回転をはじめる。動圧軸受300が回転側と静止側とを非接触に支持し、スピンドルモータ30の振動が抑えられる。これにより、記録ディスク51への書きこみエラーなどが抑制され、信頼性の向上と高速化が達成される。また、記録ディスク駆動装置50の静音化も図られ、携帯機器や音響機器などに搭載されても、耳障りな騒音が発生しにくい。
また、本発明の動圧軸受300は軸支持圧が安定して高く、外部から衝撃が加えられても軸を安定して支持することができる。よって、特に振動や衝撃に対する安定性が必要な車載機器や携帯機器などの用途に特に有効である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
第1の実施形態における動圧軸受の断面図である。 第1の実施形態におけるスラスト動圧軸受が形成された軸受ハウジングの上端面の平面図である。 第1の凹部の形状を示した部分斜視図及び圧力分布のグラフである。 第2の凹部の形状を示した部分斜視図及び圧力分布のグラフである。 第3の凹部の形状を示した部分斜視図及び圧力分布のグラフである。 第4の凹部の形状を示した部分斜視図及び圧力分布のグラフである。 第2の実施形態における動圧軸受の断面図である。 第3の実施形態における動圧軸受の断面図である。 第4の実施形態における記録ディスク駆動装置の断面図である。
符号の説明
1 シャフト
2 スリーブ
10、100、200、300 動圧軸受
12、112、212 ラジアル軸受部
13、113 スラスト軸受部
30 スピンドルモータ
50 記録ディスク駆動装置
41、41a、41b、41c 凹部
42 土手
43、43’ 丘部
44 テーパ面
46 深溝

Claims (16)

  1. 略円柱状のシャフトと、該シャフトが挿通される略円筒状のスリーブとを有する動圧軸受において、
    前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面とは径方向微少間隙を介して径方向に対向し、該径方向微小間隙に動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受が形成され、該ラジアル動圧軸受を構成する前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面とのうち、少なくとも一方の面には径方向に陥没した凹部が周方向に複数配列して形成され、該凹部はその軸方向両端に壁面が設けられるを特徴とする動圧軸受。
  2. 略円柱状のシャフトと、該シャフトが挿通される略円筒状のスリーブとを有する動圧軸受において、
    前記スリーブの少なくとも一つの軸方向端部には、前記シャフトと直交する平面で構成されるスリーブ平坦面が形成され、該スリーブ平坦面と対向するシャフト平坦面を有するスラストフランジが前記シャフトから径方向外方に延設され、前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面とは径方向微少間隙を介して対向し、該径方向微少間隙には動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受が形成され、前記シャフト平坦面と前記スリーブ平坦面とは軸方向微少間隙を介して対向し、該軸方向微少間隙には動圧発生流体が保持されてスラスト動圧軸受けが形成され、前記ラジアル動圧軸受を構成する径方向微少間隙と前記スラスト軸受を構成する軸方向微少間隙とには連続して前記動圧発生流体が保持され、前記ラジアル動圧軸受を構成する前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面とのうち、少なくとも一方の面には径方向に陥没した凹部が周方向に複数配列されて形成され、前記凹部の軸方向少なくとも一端側に位置する前記軸方向間隙の周方向の少なくとも一部が周方向に沿って狭められていることを特徴とする動圧軸受。
  3. 略円柱状のシャフトと、該シャフトが挿通される略円筒状のスリーブとを有する動圧軸受において、
    前記スリーブの少なくとも一つの軸方向端部には、前記シャフトと直交する平面で構成されるスリーブ平坦面が形成され、該スリーブ平坦面と対向するシャフト平坦面を有するスラストフランジが前記シャフトから径方向外方に延設され、前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面とは径方向微少間隙を介して対向し、該径方向微少間隙には動圧発生流体が保持されてラジアル動圧軸受が形成され、前記シャフト平坦面と前記スリーブ平坦面とは軸方向微少間隙を介して対向し、該軸方向微少間隙には動圧発生流体が保持されてスラスト動圧軸受けが形成され、前記ラジアル動圧軸受を構成する径方向微少間隙と前記スラスト軸受を構成する軸方向微少間隙とには連続して前記動圧発生流体が保持され、前記ラジアル動圧軸受を構成する前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面とのうち、少なくとも一方の面には径方向に陥没した凹部が周方向に複数配列されて形成され、前記スラスト動圧軸受を構成する前記シャフト平坦面と前記スリーブ平坦面とのうちいずれか一方もしくは両方に動圧発生溝が形成され、前記スラスト動圧軸受が、前記動圧発生溝によって前記スラスト動圧軸受の径方向内方に向けて圧力を高めるポンプインスラスト動圧軸受であることを特徴とする動圧軸受。
  4. 前記シャフトの一端は球形または錘形とされ、前記スリーブには直接または間接的にスラスト片が固定され、該スラスト片と前記シャフトの球形または錘形とされた一端側の先端部の一点を中心として摺動回転することによって軸方向の荷重が支持されることを特徴とする請求項1に記載された動圧軸受。
  5. 前記スラスト動圧軸受を構成する前記スリーブ平坦面の直径が、前記ラジアル動圧軸受を構成する前記スリーブの内周面の軸方向長さと同等もしくはそれより長いことを特徴とする請求項2又は3に記載された動圧軸受。
  6. 前記凹部には、前記凹部の深さが最も深い部分から周方向一方に形成された前記凹部の深さが最も浅い部分に向けて深さが減少していくテーパ面が形成され、該テーパ面を有する前記凹部が前記シャフト外周面又はスリーブ内周面のいずれか一方に少なくとも3つ以上形成されていることを特徴とする請求項1乃至5に記載された動圧軸受装置。
  7. 前記凹部内の前記テーパ面の一部に、前記テーパ面から径方向に突出された丘部が形成されていることを特徴とする請求項6に記載された動圧軸受。
  8. 前記丘部が、前記凹部の深さが最も深い部分と最も浅い部分との中心よりも浅い部分に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の動圧軸受。
  9. 前記丘部が、前記縁面部と同一周面を形成し、前記凹部の軸方向中央部に位置して、前記テーパ部のうち前記凹部の深さが浅い部分を軸方向に分割して配置され、この分割された前記テーパ部の前記凹部の深さが浅い部分ががいずれも、凹部の深さが浅くなるにつれて軸方向長さが減少していくことを特徴とする請求項7又は8に記載された動圧軸受。
  10. 前記径方向凹部には、前記径方向凹部の軸方向中央部の少なくとも一部に凹溝が形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載された動圧軸受。
  11. 前記凹溝が周方向に連続し形成されていることを特徴とする請求項10に記載された動圧軸受。
  12. 前記径方向凹部が形成された面には、軸方向に平行な溝が形成されていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載された動圧軸受。
  13. 前記スリーブには連通孔が形成され、その両端はそれぞれ前記ラジアル動圧軸受よりも軸方向外方において開口されている事を特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載された動圧軸受。
  14. 前記スリーブが焼結多孔質金属で形成されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載された動圧軸受。
  15. ベースプレートと、該ベースプレートに固定されたステータとを備え、該ステータと対向し該ステータに対して回転可能であるロータマグネットと、該ロータマグネットを保持するロータハブとを備え、前記ロータハブを前記ベースプレートに対して請求項1乃至14のいずれかに記載された動圧軸受を介して回転自在に支持することを特徴とするスピンドルモータ。
  16. ハウジング内に、記録ディスクにデータを読み書きするヘッドと、該ヘッドをディスク面上で移動させるアクチュエータと、請求項15に記載されたスピンドルモータとを備える記録ディスク駆動装置。
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