JP2006009828A - 動圧流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑流体の流失と劣化を防止して、信頼性の高い動圧流体軸受装置を提供する。
【解決手段】動圧溝１１、２１のメニスカス１４、２４側の端部１５、２５は、その対向面の端部１６、２６よりもメニスカス１４、２４側に有って、潤滑流体溜まり１７、２７に面しているので、動圧発生部の隙間寸法は１０〜１５μｍとなり、前記端部１５、２５による潤滑流体１３、２３の圧流の剪断を防止して劣化を防止する。さらには前記動圧溝１１、２１による潤滑流体溜まり１７、２７に有る潤滑流体１３、２３の動圧発生部への引き込み作用により、メニスカス１４、２４には、動圧発生部側への引っ張り応力が働くので、メニスカス１４、２４から外部への潤滑流体１３、２３の漏れを防止している。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば磁気ディスク装置や光ディスク装置等の情報機器や音響・映像機器に最適なスピンドルモータ等の動圧流体軸受装置に係り、特に潤滑流体の劣化防止と漏れ防止に関して信頼性の高い動圧流体軸受装置に関する。

動圧流体軸受装置の中でも磁気ディスク装置（ＨＤＤ）については、小型化、薄型化が進むと同時に、大容量化に伴い記録密度が年々向上しており、それに伴って記録トラックピッチがより細かくなりつつある中、スピンドルモータの回転精度はより高精度で、高信頼性の動圧流体軸受装置の構造が求されてきている。

従来の動圧流体軸受装置の例を図５に示す。これは、ＨＤＤ用のスピンドルモータの模式断面図である。フランジ部３を有する円筒状の軸１がベース２に固定されており、そのフランジ部３を包むように、円盤状のスラスト板４を上下面に固定した円筒状のジャーナルスリーブ５が配置されている。フランジ部３の外周面又はジャーナルスリーブ５の内周面にはラジアル側の動圧を発生させる為のヘンリングボーン溝やヘリカル溝等の動圧溝が形成されており、スラスト板４のフランジ部３側に形成されたスラスト面１００又はフランジ部３のスラスト板４側に形成されたスラスト対向面１０１には、スラスト側の動圧を発生させる為の同様の動圧溝が形成されている。また、スラスト板４が固定されたジャーナルスリーブ５と、フランジ部３で囲まれている部分の隙間には潤滑流体１０３が充填されている。

さらに、スラスト板４とジャーナルスリーブ５はハブ６に固定されており、ハブ６のスカート部分に固定されたロータ磁石７とベース２に固定されたステータコイル８との電磁作用によりハブ６が軸１の周囲を高速回転することにより前記の潤滑流体１０３と動圧溝との間に発生する動圧によって、高速で滑らかなすべり回転を実現している。

図６は上記の動圧流体軸受装置のスラスト側の動圧発生部の模式断面図である。スラスト板４のスラスト面１００にはスラスト動圧溝１０２が形成され、スラスト対向面１０１との間には潤滑流体１０３が充填されて、外気との境目にメニスカス１０４を形成している。従来、スラスト動圧溝１０２のメニスカス１０４側の端部１０５の位置は、スラスト対向面１０１のメニスカス１０４側の端部１０６の位置よりもメニスカス１０４に対して反対方向、すなわち、スラスト対向面１０１に面した部分に形成されている。
特開２００１−１４０８６０号公報 日本機械学会第７３期通常総会講演会講演論文集「ＨＤＤ用動圧ピボットモータの開発」Ｎｏ．９６−１（１９９６．４．２〜４．４、習志野）

しかしながら、動圧を発生させる為にスラスト面１００とスラスト対向面１０１との隙間寸法は約５μｍと狭く、スラスト面１００、スラスト対向面１０１、潤滑流体１０３より形成される動圧発生部の動圧力により発生する圧縮された潤滑流体１０３の圧流に対して、常にスラスト動圧溝１０２の端部１０５による剪断力が働いている為、潤滑流体１０３の劣化による寿命低下という問題があった。

また、スラスト動圧溝１０２の端部１０５がスラスト対向面１０１に面している事により、スラスト対向面１０１の端部１０６からメニスカス１０４側にある潤滑流体１０３は、直接動圧力を受けない事からフリー状態となり、さらにメニスカス１０４方向に流動し易くなり、潤滑流体１０３が外部に漏れ出すというという問題があった。何れの場合においても、回転部の回転精度不良や焼き付きによる回転停止という重大欠陥を引き起こす要因であった。

本発明の目的は、上記課題を解決して、潤滑流体の流失を防止し、さらに剪断による潤滑流体の劣化の少ない、高信頼性の動圧流体軸受装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の動圧軸受装置では、軸の外周面にラジアル面を設け、その軸を囲むスリーブに、ラジアル面に対向するラジアル対向面を設け、ラジアル面とラジアル対向面との少なくとも一方にラジアル動圧発生用の溝を備えてラジアル流体軸受が形成され、動圧発生用の潤滑流体がラジアル面とラジアル対向面との間の外気との境目にメニスカスを形成し、軸とスリーブとがそれらの流体軸受を介して相対回転駆動される動圧流体軸受装置において、ラジアル動圧発生用の溝のメニスカス側の端部は、その溝の対向面のメニスカス側の端部とメニスカスとの間に面して配置される事を特徴とする。

また、本発明の請求項２記載の動圧軸受装置では、上記において、軸はフランジ状のスラスト板を有し、そのスラスト板の端面にスラスト面を設け、その軸及びスラスト板を囲むスリーブに、スラスト面に対向するスラスト対向面を設け、スラスト面とスラスト対向面との少なく一方にスラスト動圧発生用の溝を備えてスラスト流体軸受が形成され、スラスト動圧発生用の溝のメニスカス側の端部は、その溝の対向面のメニスカス側の端部とメニスカスとの間に面して配置される事を特徴とする。

本発明は上記のような構成を有するので、動圧溝のメニスカス側の端部は潤滑流体溜まりに面しており、潤滑流体の圧流を剪断する事が無いので、剪断による潤滑流体の劣化を防止して、潤滑流体の寿命を長くする事が出来る。また、回転による動圧溝の引き込み作用により、潤滑流体溜まりに有る潤滑流体は動圧発生部に引き込まれるので、メニスカスの部分には常に動圧発生部側への引っ張り応力が働いており、そによって、メニスカスから外部への潤滑流体の漏れを防止するので、信頼性の高い動圧流体軸受装置を提供する事が出来る。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す動圧流体軸受装置のラジアル軸受部の模式断面図である。軸１のラジアル面１０にはラジアル動圧溝１１が形成されていて、ジャーナルスリーブ５の内周面にはラジアル動圧溝１１と対向するラジアル対向面１２が形成されている。ラジアル面１０とラジアル対向面１２との間には潤滑流体１３が充填されていて、外気との境目にメニスカス１４を形成している。この時、ラジアル対向面１２のメニスカス１４側の端部１６とメニスカス１４との間に潤滑流体溜まり１７を形成しており、ラジアル動圧溝１１のメニスカス１４側の端部１５は、その潤滑流体溜まり１７に面している。

次に第２の実施の形態を示す。図２は本発明の第２の実施の形態を示す動圧流体軸受装置のスラスト軸受部の模式断面図である。スラスト板４のスラスト面２０にはスラスト動圧溝２１が形成され、スラスト対向面２２との間には潤滑流体２３が充填されて、外気との境目にメニスカス２４を形成している。ラジアル軸受部と同様に、スラスト対向面２２のメニスカス２４側の端部２６とメニスカス２４との間に潤滑流体溜まり２７を形成しており、スラスト動圧溝２１のメニスカス２４側の端部２５は、その潤滑流体溜まり２７に面している。

図３は本発明のスラスト動圧発生部の潤滑流体溜まり２７の近傍の隙間寸法を示す模式図である。スラスト動圧溝２１の深さをｈ１、スラスト面２０とスラスト対向面２２との隙間寸法をｈ２、端部２６のジャーナルスリーブ５からの高さをｈ３とした時、ｈ１が５〜１０μｍ、ｈ２は約５μｍ、ｈ３は約５０μｍとなる。従って、動圧発生部の隙間寸法はｈ１＋ｈ２＝１０〜１５μｍとなり、図５、図６に示す様な従来のスラスト面１００とスラスト対向面１０１との隙間寸法が約５μｍとなる様な狭い部分は生じない。また、潤滑流体溜まり２７の高さは（ｈ２＋ｈ３）〜（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３）＝６０〜７５μｍ程度となる。ラジアル動圧発生部の潤滑流体溜まり１７の近傍の隙間寸法についても同様である。

上記のラジアル軸受部及びスラスト軸受部においては、従来の動圧溝のメニスカス側の端部が動圧発生部の潤滑流体の５μｍという狭い隙間に発生している圧流を剪断しているのに対して、動圧溝１１、２１の端部１６、２６は隙間寸法５０μｍ以上と、１０倍以上の寸法を有する潤滑流体溜まり１７、２７に面しているので、潤滑流体１３、２３の動圧発生部の圧流を剪断する事が無くなり、潤滑流体１３、２３の劣化を防止している。

図４は本発明のスラスト動圧発生部のポンプ作用を示す模式図である。上記のスラスト動圧溝２１は、回転によりその端部２５よりも内側のスラスト動圧溝２１が形成された部分において、動圧を発生させる為の潤滑流体２３の圧流を生じる。つまり端部２５が潤滑流体溜まり２７に面している事により、潤滑流体溜まり２７の潤滑流体２３は、スラスト動圧溝２１の巻き込みによるポンプ作用を受けて、動圧発生部側に引き込まれ様とするので、メニスカス２４には常に動圧発生部への引っ張り応力が働き、それによって潤滑流体２３の外部への漏れを効果的に防止している。また、ラジアル動圧発生部のポンプ作用についても同様である。

本発明は磁気ディスク装置や光ディスク装置等の情報機器や音響・映像機器に使用される動圧流体軸受装置他にもあらゆる動圧流体軸受装置に対して適用できる。

本発明の第１の実施の形態におけるラジアル動圧発生部の模式断面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるスラスト動圧発生部の模式断面図である。 本発明のスラスト動圧発生部の潤滑流体溜まり近傍の模式図である。 本発明の動圧発生部のポンプ作用を説明する模式図である。 従来の動圧流体軸受装置の模式断面図である。 従来の動圧流体軸受装置の動圧発生部の模式断面図である。

符号の説明

１ 軸
２ ベース
３ フランジ部
４ スラスト板
５ ジャーナルスリーブ
６ ハブ
７ ロータ磁石
８ ステータコイル
１０ ラジアル面
１１ ラジアル動圧溝
１２ ラジアル対向面
１３、２３ 潤滑流体
１４、２４ メニスカス
１５、１６、２５、２６ 端部
１７、２７ 潤滑流体溜まり
２１ スラスト動圧溝
２２ スラスト対向面

Claims (2)

1. 軸の外周面にラジアル面を設け、その軸を囲むスリーブに、前記ラジアル面に対向するラジアル対向面を設け、前記ラジアル面とラジアル対向面との少なくとも一方にラジアル動圧発生用の溝を備えてラジアル流体軸受部が形成され、動圧発生用の潤滑流体がラジアル面とラジアル対向面との間の外気との境目にメニスカスを形成し、前記軸とスリーブとが前記ラジアル流体軸受部を介して相対回転駆動される動圧流体軸受装置において、
   前記ラジアル動圧発生用の溝のメニスカス側の端部は、その溝対向面のメニスカス側の端部とメニスカスとの間に面して配置される事を特徴とする動圧流体軸受装置。
2. 前記軸はフランジ状のスラスト板を有し、そのスラスト板の端面にスラスト面を設け、その軸及びスラスト板を囲むスリーブに、前記スラスト面に対向するスラスト対向面を設け、前記スラスト面とスラスト対向面との少なく一方にスラスト動圧発生用の溝を備えてスラスト流体軸受が形成され、前記スラスト動圧発生用の溝のメニスカス側の端部は、その対向面のメニスカス側の端部とメニスカスとの間に面して配置される事を特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受装置。

Images