JP2011163502A

JP2011163502A - 回転機器

Info

Publication number: JP2011163502A
Application number: JP2010029168A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Goto; 廣光後藤
Original assignee: Alphana Technology Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Japan Advanced Technology Co Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-12
Also published as: JP5519314B2; US20110200279A1

Abstract

【課題】ディスク駆動装置などの回転機器の軸方向寸法が薄くなっても、軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点間の距離を長くすることを可能にして、軸受剛性を維持する。
【解決手段】内筒面１６ｂと内筒面の軸方向外側の第１端部１６ａと第１端部とは反対側の第２端部１６ｃとを有するスリーブ１６と、少なくとも一部が内筒面に相対回転自在に収納されたシャフト２２と、少なくともシャフトとスリーブとの間の隙間に介在する流体と、内筒面の軸方向の中間部に形成されてシャフトとスリーブの相対回転により流体に第１端部に向かう方向の第１の流れを生じさせる第１ポンプ部５５と、内筒面の第１ポンプ部より第１端部側の領域に形成された第１ラジアル狭隙部５６と、内筒面の第１端部に連設されて第１ポンプ部との間を連通する第１循環通路５１と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディスク駆動装置などの回転機器、特に薄型化したときにも軸受剛性を維持可能なディスク駆動装置などの回転機器に関する。

近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に代表されるディスク駆動装置などの回転機器は、小型大容量化が進み、多くの家電機器に搭載されるようになった。そのため、使用環境が広範囲になっている。特にモバイル機器と呼ばれる携帯機器への搭載が進んでいる。モバイル機器は振動の多い環境で使用される機会が多く、当該モバイル機器に搭載されるディスク駆動装置などの回転機器は、振動の多い環境下でも安定してデータのリード／ライトができる特性が求められる。このような要求に対応するため、安定した高速回転が可能な流体動圧軸受ユニットを搭載するディスク駆動装置などの回転機器がある。流体動圧軸受ユニットの構造の一例として、ステータの一部を構成するスリーブと回転体の一部を構成するシャフトの間の空間に潤滑流体を充填したものがある。この流体動圧軸受は、潤滑流体の一部に発生させた動圧により回転体を非接触状態で支持してスムーズな高速回転を実現している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１９８５５５号公報

ところで、モバイル機器は一層小型化が重要視されており、また振動や衝撃の多い環境で使用されることが多くなっている。このためディスク駆動装置などの回転機器の軸方向寸法を薄くしながら軸受剛性は向上して耐衝撃性能の低下を抑えたいという要請がある。ディスク駆動装置などの回転機器の軸方向寸法を薄く構成すると、結果として軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点間の距離が短くなるので、軸受ユニットの軸受剛性が低下する。軸受ユニットの軸受剛性が低下していると、ディスク駆動装置などの回転機器が衝撃等を受けて振動した際に記録ディスクを含む回転体の軸方向の変位が大きくなる。記録ディスクの変位が大きくなると記録ディスクと磁気ヘッドとの相対距離が不安定となり、データのリード／ライトのエラーの頻度の増大を招くおそれがあるという問題がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点間の距離を長くすることを可能にして、回転機器を薄く構成しても軸受剛性を維持して、振動の多い環境下でも安定してリード／ライトを実行し得るディスク駆動装置などの回転機器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転機器は、内筒面と内筒面の軸方向外側の第１端部と第１端部とは反対側の第２端部とを有するスリーブと、少なくとも一部が内筒面に相対回転自在に収納されたシャフトと、少なくともシャフトとスリーブとの間の隙間に介在する流体と、内筒面の軸方向の中間部に形成されてシャフトとスリーブの相対回転により流体に第１端部に向かう方向の第１の流れを生じさせる第１ポンプ部と、内筒面の第１ポンプ部より第１端部側の領域に形成された第１ラジアル狭隙部と、内筒面の第１端部に連設されて第１ポンプ部との間を連通する第１循環通路と、を備えている。

この態様によると、第１ラジアル狭隙部がシャフトとスリーブからなる軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点となる。第１ラジアル狭隙部はスリーブの内筒面の第１ポンプ部より外側に形成されるから、軸受ユニットの端部により近い位置に軸受の支持点を構成してよい。このため、軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点間の距離を長くすること可能となる。この結果、回転機器を薄く構成しても軸受剛性を維持して、振動の多い環境下でも安定してリード／ライトを実行し得るディスク駆動装置などの回転機器を提供することにある。

本発明によれば、軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点間の距離を長くすることが可能になり、回転機器を薄く構成しても軸受剛性を維持して、振動の多い環境下でも安定してリード／ライトを実行し得るディスク駆動装置などの回転機器を提供できる。

本実施形態の回転機器の一例であるＨＤＤの内部構成を説明する説明図である。本実施形態の回転機器におけるブラシレスモータの概略断面図である。図２のブラシレスモータの要部を拡大した断面図である。本実施形態の回転機器の第１ポンプ部及び第２ポンプ部における第１ポンピング溝及び第２ポンピング溝の形状の基本形を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を図面に基づいて説明する。
本実施形態は、ハードディスクドライブ装置（単にＨＤＤ、回転機器という場合もある）に搭載されて記録ディスクを駆動するブラシレスモータや、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）装置、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）装置等の光学ディスク記録再生装置（単に、回転機器ともいう）に搭載されるディスク駆動モータ等に用いられる。

図１は、本実施形態のディスク駆動装置などの回転機器の一例であるＨＤＤ１００（以下、回転機器１００という）の内部構成を説明する説明図である。なお、図１は、内部構成を露出させるためにカバーを取り外した状態を示している。

ベース部材１０の上面には、ブラシレスモータ１１４、アーム軸受部１１６、ボイスコイルモータ１１８等が載置される。ブラシレスモータ１１４は、記録ディスク１２０を載置するためのハブ２０を回転軸上に支持し、例えば磁気的にデータを記録可能な記録ディスク１２０を回転駆動する。ブラシレスモータ１１４は、例えばスピンドルモータとすることができる。ブラシレスモータ１１４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の駆動電流により駆動される。アーム軸受部１１６は、スイングアーム１２２を可動範囲ＡＢ内でスイング自在に支持する。ボイスコイルモータ１１８は外部からの制御データにしたがってスイングアーム１２２をスイングさせる。スイングアーム１２２の先端には磁気ヘッド１２４が取り付けられている。ディスク駆動装置などの回転機器１００が稼働状態にある場合、磁気ヘッド１２４はスイングアーム１２２のスイングに伴って記録ディスク１２０の表面を僅かな隙間を介して可動範囲ＡＢ内を移動し、データをリード／ライトする。なお、図１において、点Ａは記録ディスク１２０の最外周の記録トラックの位置に対応する点であり、点Ｂは記録ディスク１２０の最内周の記録トラックの位置に対応する点である。スイングアーム１２２は、ディスク駆動装置などの回転機器１００が停止状態にある場合には記録ディスク１２０の脇に設けられる待避位置に移動してもよい。

なお、本実施形態において、記録ディスク１２０、スイングアーム１２２、磁気ヘッド１２４、ボイスコイルモータ１１８等のデータをリード／ライトする構造を全て含むものを回転機器と表現する場合もあるし、ディスク駆動装置又はＨＤＤと表現する場合もある。また、記録ディスク１２０を回転駆動する部分のみを回転機器と表現する場合もある。

図２は、本実施形態の回転機器１００におけるブラシレスモータのシャフト２２の軸方向に沿う概略断面図である。図３は、図２のブラシレスモータの要部を拡大した断面図である。回転機器１００は、固定体Ｓ、回転体Ｒを含む。固定体Ｓは、ベース部材１０、ステータコア１２、ハウジング１４、スリーブ１６を含む。回転体Ｒは、ハブ２０、シャフト２２、フランジ２６を含む。また、ベース部材１０は、円筒部１０ａを含み、ハウジング１４は、底部１４ｂ、円筒部１４ｃ、スリーブ１６は、内筒面１６ｂ、第１端部１６ａ、第２端部１６ｃを含み、ステータコア１２には、コイル１８が巻きつけられている。また、ハブ２０は、中心孔２０ａ、第１円筒部２０ｂ、第２円筒部２０ｃ、ハブ外延部２０ｄを含む。シャフト２２は、段部、先端部、外筒面２２ｃを含む。なお、以下の説明では、全体として、便宜上説明図に示された下方を下と、上方を上と表現する。

ベース部材１０は、中心部分の孔と、当該中心部分の孔を囲むように設けられた円筒部１０ａとを有する。また、ベース部材１０は、中心部分の孔によってハウジング１４を保持するとともに、ハウジング１４を環囲する円筒部１０ａの外周側にステータコア１２を固着する。ベース部材１０は、アルミダイキャストを切削加工するか、アルミ板またはニッケルメッキを施した鉄板をプレス加工して形成される。

ステータコア１２は、ケイ素鋼板等の磁性材を積層した後に、表面に電着塗装や粉体塗装等による絶縁コーティングを施して形成される。また、ステータコア１２は、外方向に突出する複数の突極（図示せず）を有するリング状であり、各突極にはコイル１８が巻回されている。突極数は、例えばディスク駆動装置などの回転機器１００が３相駆動であれば９極とされる。コイル１８の巻き線端末は、ベース部材１０の底面に配設されたＦＰＣ（フレキシブル基板）上に半田付けされている。引き出された線端末は解けないように接着剤で固定される。この固定は、超音波洗浄時等に線端末が共振し大きな振幅で振動し断線することを防止するためになされる。所定の駆動回路によりＦＰＣを通じて３相の略正弦波状の電流がコイル１８に通電されると、コイル１８はステータコア１２の突極に回転磁界を発生する。そして、マグネット２４の駆動用磁極と、当該回転磁界との相互作用により回転駆動力が生じて、回転体Ｒが回転する。

図２の回転機器１００は、有底カップ状のハウジング１４をさらに備え、スリーブ１６の少なくとも一部を収納するようにしている。ハウジング１４は、円筒部１０ａの内周面に接着または圧入により固着される。また、ハウジング１４は、スリーブ１６を環囲する円筒部１４ｃと、円筒部１４ｃの下側の端部を密閉する底部１４ｂとを結合した略カップ状をなす。このような形状のハウジング１４の底部１４ｂは、スリーブ１６の第２端部１６ｃと軸方向に対向する。なお、底部１４ｂと円筒部１４ｃとは一体に形成されてもよいし、底部１４ｂと円筒部１４ｃとを別々の部材で形成して両者を固着してもよい。ハウジング１４は、銅系の合金、粉末冶金による焼結合金、ステンレスのほか、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチック材料によって形成されてもよい。ハウジング１４をプラスチック材料で形成する場合は、ディスク駆動装置などの回転機器１００の静電気除去性能を確保するため、ハウジング１４の固有抵抗が１０の６乗（Ω・ｍ）以下となるよう、プラスチック材料に例えばカーボン繊維等を含ませて構成することが望ましい。

スリーブ１６は、ハウジング１４の内周面に接着または圧入により固着され、ベース部材１０の中心部分の孔と同軸に固定されている。また、スリーブ１６は、シャフト２２を収納することによってシャフト２２を支承する環状の円筒部１６ｂと、円筒部１６ｂのハブ２０側の第１端部１６ａと、円筒部１６ｂの第１端部１６ａと反対側の第２端部１６ｃを結合した形状である。また、円筒部１６ｂの内部に内筒面１６ｂが形成されており、内筒面１６ｂがシャフト２２の外筒面２２ｃを囲む。スリーブ１６の内筒面１６ｂとシャフト２２の外筒面２２ｃとの間にはラジアル空間部が形成されている。

スリーブ１６は、銅系の合金、粉末冶金による焼結合金、ステンレス等で形成できる。この他、スリーブ１６は、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチック材料によって形成してもよい。スリーブ１６をプラスチック材料で形成する場合は、ディスク駆動装置などの回転機器１００の静電気除去性能を確保するため、スリーブ１６の固有抵抗が１０の６乗（Ω・ｍ）以下となるよう、プラスチック材料に例えばカーボン繊維等を含ませて構成することが望ましい。スリーブ１６の第１端部１６ａ及び第２端部１６ｃと円筒部１６ｂとは一体に形成されてもよいし、第１端部１６ａと第２端部１６ｃと円筒部１６ｂとを別々の部材で形成して両者を固着してもよい。

ハブ２０は、中心部分に設けられた中心孔２０ａと、中心孔２０ａを囲むように設けられた第１円筒部２０ｂと、第１円筒部２０ｂの外側に配設される第２円筒部２０ｃと、第２円筒部２０ｃの下端にハブ２０の半径方向に外延されたハブ外延部２０ｄとを含んで構成される。ハブ２０は、略カップ状の形状を有する。ハブ２０は、軟磁性を有する。例えばＳＵＳ４３０Ｆ等の鉄鋼材料が用いられる。ハブ２０は、鉄鋼板をプレス加工や切削加工などにより加工されて、略カップ状の所定の形状に形成される。例えば、大同特殊鋼株式会社が供給する商品名ＤＨＳ１のステンレスはアウトガスが少なく、加工容易である点でハブ２０の材料として好ましい。また、同様に商品名ＤＨＳ２のステンレスはさらに耐食性が良好な点でハブ２０の材料としてより好ましい。なお、ハブ２０は非磁性のアルミニウム製の部材と磁性を有する鉄製の部材とを組み合わせて構成してもよい。回転機器１００が軽量化される点で好ましい。

ハブ２０の第２円筒部２０ｃの内周面にマグネット２４が固着される。ここで、マグネット２４は、ベース部材１０に固着されたステータコア１２に対向するように、シャフト２２と同心の環状部に固着される。このような構成によって、ハブ２０は、シャフト２２と一体的に回転して、図示しない記録ディスク１２０を駆動させる。記録ディスク１２０は、その中心孔が第２円筒部２０ｃの外周面に係合してハブ外延部２０ｄに載置される。

シャフト２２は、ハブ２０の中心孔２０ａに固着される。ここで、シャフト２２の上端部には段部が設けてあり、組み立ての際、中心孔２０ａにシャフト２２が圧入される。その結果、ハブ２０は段部により軸方向の移動を規制されるとともに、所定の直角度でシャフト２２と一体化される。そして、シャフト２２の先端部側は、円筒部１６ｂの内筒面１６ｂに収納される。なお、シャフト２２は例えばステンレス材により形成することができる。

図２の実施形態の回転機器１００では、フランジ２６は、略円盤状の所定の形状に形成される。フランジ２６は、中心部分に設けられた中心孔にシャフト２２のベース部材１０側の端に締まり嵌めや接着により固着される。

図２の実施形態の回転機器１００では、底部１４ｂと第２端部１６ｃの軸方向の空間に形成したフランジ収納領域６５を形成している。フランジ２６は、フランジ収納領域６５において回転可能に収納されている。フランジ２６は、シャフト２２と一体に回転する。

衝撃によって、回転体Ｒと固定体Ｓとが相対的に移動すると、フランジ２６は、第２端部１６ｃの下面と接触する。この結果、フランジ２６は、回転体Ｒが固定体Ｓから抜けることを防止する機能をさらに有する。

フランジ２６は、銅系の合金、粉末冶金による焼結合金、ステンレス等で形成できる。フランジ２６は、例えば、板状の金属材料にプレス加工等を施すことにより容易かつ安価に形成できる。また、プレス加工等では、フランジ２６が小型で薄くなっても良好な寸法精度で作成できる。その結果、ディスク駆動装置などの回転機器１００の小型化や軽量化に寄与できる。フランジ２６は、シャフト２２を形成する材料と実質同等の線膨張係数を有する材料から形成することができる。温度が変化してもフランジ２６とシャフト２２の固着する隙間の変化が抑えられる点で好ましい。

フランジ２６は、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドなどのプラスチック材料によって形成してもよい。フランジ２６をプラスチック材料で形成する場合は、ディスク駆動装置などの回転機器１００の静電気除去性能を確保するため、フランジ２６の固有抵抗が１０の６乗（Ω・ｍ）以下となるよう、プラスチック材料に例えばカーボン繊維等を含ませて構成することが望ましい。

マグネット２４は、第２円筒部２０ｃの内周に固着されて、ステータコア１２の外周に狭い隙間を介して対向するように設けられる。また、マグネット２４は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ（ネオジウム−鉄−ボロン）系の材料で形成され、表面には電着塗装やスプレー塗装が施され、内周側は１２極に着磁されている。

次に、回転機器１００の構成におけるラジアル方向の軸受について説明する。
ラジアル方向の軸受は、シャフト２２の外筒面２２ｃと、スリーブ１６の内筒面１６ｂと、両者の間隙に充填されたオイル等の潤滑流体２８とを含んで構成される。外筒面２２ｃと、内筒面１６ｂと、両者の間隙において、潤滑流体２８に第１端部１６ａに向かう方向の第１の流れを生じさせる第１ポンプ部５５と、第１ポンプ部５５より第１端部１６ａに近い側の領域に形成された第１ラジアル狭隙部５６が配置される。

また、図２の実施形態の回転機器１００では、外筒面２２ｃと、内筒面１６ｂと、両者の間隙において、第１ポンプ部５５の下側に潤滑流体２８に第２端部１６ｃに向かう方向の第２の流れを生じさせる第２ポンプ部５７と、第２ポンプ部５７より第２端部１６ｃに近い側の領域に形成された第２ラジアル狭隙部５８をさらに配置している。

次に第１ポンプ部５５と第２ポンプ部５７について説明する。なお、第１ポンプ部５５と第２ポンプ部５７の形状は、基本的には同じとすることができるので、ポンプ部としてまとめて説明する場合がある。

ポンプ部は、例えばシャフトに翼となる出っ張り部を多数設け、これを回転するような構成も考えられる。しかし、小さな空間に構成するシャフトに出っ張り部を多数設けるためには多大な手間がかかる。これに対応して、第１ポンプ部５５は、シャフト２２の外筒面２２ｃと内筒面１６ｂの少なくともいずれかに設けた縞状の第１ポンピング溝６１を備えて構成できる。同様にして、第２ポンプ部５７は、外筒面２２ｃと内筒面１６ｂの少なくともいずれかに設けた縞状の第２ポンピング溝６２を備えて構成できる。

ポンプ部は、対向する外筒面２２ｃと内筒面１６ｂとの少なくとも一方に潤滑流体２８にそれぞれ端部に方向の流れを生じさせる動圧を発生させるための、第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２を有する。なお、第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２の形状は、基本的には同じとすることができるので、ポンピング溝としてまとめて説明する場合がある。また、図２の実施形態の回転機器１００では、潤滑流体２８に動圧を発生させる動圧溝は半径方向に対向面に第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２を有しているが、軸方向に対向する面には動圧溝は設けていない。

図４は、本実施形態の回転機器１００のスリーブ１６の内筒面１６ｂに形成した第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２の形状の基本形を説明する説明図である。なお、図４において、ハッチングした領域は半径方向外側に向かって凹んだポンピング溝を示している。図４に示すように、第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２は、スリーブ１６の周方向Ｚに沿って複数の凹んだポンピング溝を繰り返し配列して構成している。つまり第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２は、回転軸に対して傾斜した凹んだ複数のポンピング溝を回転方向に沿って繰り返し配列した縞模様状に構成している。第１ポンピング溝６１と第２ポンピング溝６２は回転軸に対して反対方向に傾斜している。

相対的に外筒面２２ｃが内筒面１６ｂに対して周方向Ｚ（図４において左方向）に移動することにより、内筒面１６ｂと外筒面２２ｃとの間に介在している潤滑流体２８も周方向Ｚに移動しようとする。この際、潤滑流体２８は、第１ポンピング溝６１に沿って図４において上向きに第１の流れを生じる。同様にして潤滑流体２８は、第２ポンピング溝６２に沿って図４において下向きに第２の流れを生じる。

なお、ポンピング溝の形状は、溝の数と、溝深さと、溝幅と、溝の軸方向長さと、溝の回転軸に対する傾斜角度と、ポンプ部の直径の直径と、潤滑流体２８の粘度とをパラメータとして実験により定めることができる。

第１ポンピング溝６１や第２ポンピング溝６２は、外筒面２２ｃや内筒面１６ｂの均された表面に、例えば切削や転造などの機械的加工やエッチングなどの化学的加工や放電を利用した電気的加工によって形成することがでる。例えば、切削用のバイトをピエゾ素子で駆動して溝を形成する方法は、溝幅や溝深さの精度が高く加工上のバリやかえりが少ない点で好ましい。

次に第１ラジアル狭隙部５６と第２ラジアル狭隙部５８について説明する。なお、第１ラジアル狭隙部５６と第２ラジアル狭隙部５８の形状は、基本的には同じとすることができるので、ラジアル狭隙部としてまとめて説明する場合がある。

ラジアル狭隙部は、外筒面２２ｃと内筒面１６ｂとの狭い隙間で対向する領域に構成される。シャフト２２がスリーブ１６に対して回転すると、第１ポンプ部５５は潤滑流体２８を第１端部１６ａの方向へ押し出す。第１ラジアル狭隙部５６は、押し出された潤滑流体２８の圧力に応じて外周面２２ｃと内筒面１６ｂとの間に第１のラジアル方向の離反力を生じる。同様に第２ポンプ部５７は潤滑流体２８を第２端部１６ｃの方向へ押し出す。第２ラジアル狭隙部５８は、押し出された潤滑流体２８の圧力に応じて外周面２２ｃと内筒面１６ｂとの間に第２のラジアル方向の離反力を生じる。この結果、外筒面２２ｃは、内筒面１６ｂの中でこれらの隙間が周方向に等しくなるように支持される。つまり、シャフト２２とスリーブ１６が相対回転すると、ラジアル狭隙部において、シャフト２２はスリーブ１６に対してラジアル方向に所定の間隙を有して非接触で支持される。第１ラジアル狭隙部５６と第２ラジアル狭隙部５８はスリーブの両端部に近い領域に構成されるから、軸受ユニットのラジアル方向の軸受の支持点間の距離を長く構成しうる。この結果、ディスク駆動装置などの回転機器を薄く構成した場合でも、軸受ユニットの軸受剛性の低下を抑えうる。この結果、ディスク駆動装置などの回転機器が衝撃等を受けて振動した際のデータのリードライトエラーの頻度の増大を抑え得る。

第１ラジアル狭隙部５６と第２ラジアル狭隙部５８における外筒面２２ｃと内筒面１６ｂの表面に凸凹を設けるようにすることも考えられる。しかし、凸凹を設けるようにすると加工の手間がかかり、寸法精度が低くなる可能性がある。これに対応して、シャフト２２の外筒面２２ｃとスリーブ１６の内筒面１６ｂのうち第１ラジアル狭隙部５６が形成された領域は均されているように構成できる。同様にしてシャフト２２の外筒面２２ｃとスリーブ１６の内筒面１６ｂのうち第２ラジアル狭隙部５８が形成された領域は均されているように構成できる。つまり、第１ラジアル狭隙部５６と第２ラジアル狭隙部５８における外筒面２２ｃと内筒面１６ｂの表面は平坦に均されており、軸方向及び周方向に均一な隙間に形成してもよい。シャフト２２やスリーブ１６の加工の手間が軽減され、これらの寸法精度の低下を抑えられる。

ラジアル狭隙部の形状は、シャフト２２の直径の直径と、ポンプ部の直径隙間、ラジアル狭隙部の軸方向長さと、潤滑流体２８の粘度とをパラメータとして実験により定めることができる。

発明者らは、ポンプ部のポンピング溝とラジアル狭隙部の形状の具体的な例として、シャフト２２の直径＝２〜５ｍｍ、ポンプ部の直径隙間＝２〜２０μｍ、ポンピング溝の数=６〜４０、ポンピング溝の深さ＝２〜３０μｍ、ポンピング溝の幅＝０．１〜２．０ｍｍ、ポンピングの軸方向長さ＝１〜５ｍｍ、ポンピング溝の回転軸に対する傾斜角度＝１０〜６０度、ラジアル狭隙部の直径隙間＝２〜２０ｍｍ、軸方向長さ＝０．２〜３．０ｍｍ、２５℃における潤滑流体２８の粘度＝５〜３０ｃｓｔとした場合にラジアル方向の離反力と駆動電流の低減のバランスが良好となり十分な軸受剛性の確保ができることを実験により確認した。

次に第１スラスト狭隙部６３について説明する。
回転体Ｒを滑り軸受を用いて軸方向に支持する構成も考えられる。滑り軸受は摩耗の影響により寿命が短くなることがある。これに対応して、第１端部１６ａに形成された第１スラスト狭隙部６３をさらに備えて構成してもよい。第１スラスト狭隙部６３に介在する潤滑流体２８の圧力により回転体Ｒを軸方向に非接触で支持することが可能になる。

図２の実施形態の回転機器１００では、ハブ２０の下面にシャフト２２の半径方向外側に張り出して第１スラスト部２０ｆをさらに備える。第１スラスト部２０ｆは、シャフト２２と一体に第１端部１６ａに対して相対回転する。第１スラスト狭隙部６３は、第１スラスト部２０ｆと第１端部１６ａとの軸方向に対向する領域に形成することができる。

第１端部１６ａと第１スラスト部２０ｆとは軸方向に隙間を形成して潤滑流体２８が介在している。回転体Ｒが回転して、第１ポンプ部５５の作用により潤滑流体２８の圧力が高まると、第１端部１６ａと第１スラスト部２０ｆの隙間に介在している潤滑流体２８の圧力も高くなる。このため、第１端部１６ａと第１スラスト部２０ｆとの間に第１のスラスト方向の離反力が生じる。この結果、第１スラスト狭隙部６３において回転体Ｒは固定体Ｓから非接触で軸方向に支持される。

次に第２スラスト狭隙部６４について説明する。
回転体Ｒの固定体Ｓに対する軸方向の位置を定めるために、回転体Ｒに対して、第１のスラスト方向の離反力とは反対向きの別の力を作用させて、力が平衡するようにすることが一般的である。このため、回転体Ｒに吸引力を作用させるようにマグネットを別に備える構成も考えられる。この構成はマグネットのコスト上昇や回転機器の大型化を招く点で不利である。これに対応して、図２の実施形態の回転機器１００は、第２端部１６ｃの内筒面１６ｂから半径方向外側の領域に形成された第２スラスト狭隙部６４をさらに備えている。

図２の実施形態の回転機器１００は、シャフト２２の半径方向外側に張り出してシャフト２２に実質的に固着された第２スラスト部２６ａをさらに備える。第２スラスト狭隙部６４は、第２スラスト部２６ａと第２端部１６ｃとの軸方向に対向する領域に形成することができる。回転機器１００において第２スラスト部２６ａは、フランジ２６の第２端部１６ｃと対向する部分に一体に形成されている。フランジ２６については後で詳述する。

第２端部１６ｃと第２スラスト部２６ａとは軸方向に隙間を形成して潤滑流体２８が介在している。回転体Ｒが回転して、第２ポンプ部５７の作用により潤滑流体２８の圧力が高まると、第２端部１６ｃと第２スラスト部２６ａの隙間に介在している潤滑流体２８の圧力も高くなる。このため、第２端部１６ｃと第２スラスト部２６ａとの間に第２のスラスト方向の離反力が生じる。この結果、第２スラスト狭隙部６４において回転体Ｒは固定体Ｓから非接触で軸方向に支持される。

回転体Ｒは固定体Ｓに対して、第１のスラスト方向の離反力と第２のスラスト方向の離反力は反対向きに作用し、これらの離反力が平衡する位置で安定する。つまり、回転体Ｒは固定体Ｓに対して軸方向に安定した剛性を確保することができる。この結果、コスト上昇や回転機器の大型化が抑えられる。

次に第１スラスト狭隙部６３と第２スラスト狭隙部６４の形状について説明する。なお、第１スラスト狭隙部６３と第２スラスト狭隙部６４の形状は、基本的には同じとすることができるので、スラスト狭隙部としてまとめて説明する場合がある。

第１スラスト狭隙部６３における第１端部１６ａと第１スラスト部２０ｆの表面に凸凹を設けるようにすることも考えられる。しかし、凸凹を設けるようにすると加工の手間がかかり、寸法精度が低くなる可能性がある。これに対応して、第１端部１６ａと第１スラスト部２０ｆのうち第１スラスト狭隙部を形成する領域は均されているように構成してもよい。同様にして第２端部１６ｃと第２スラスト部２６ａのうち第２スラスト狭隙部６４を形成する領域は均されているように構成してもよい。第１スラスト狭隙部６３における第１端部１６ａと第１スラスト部２０ｆと第２スラスト狭隙部６４における第２端部１６ｃと第２スラスト部２６ａの表面は平坦に均されており、半径方向と周方向に均一な隙間に形成してもよい。つまり第１スラスト狭隙部６３や第２スラスト狭隙部６４に動圧発生のための溝を設けずに構成してもよい。この結果、第１端部１６ａ、第１スラスト部２０ｆ、第２端部１６ｃ、第２スラスト部２６ａなどを構成する部材の加工の手間が軽減され、これらの寸法精度の低下を抑えられる。

スラスト狭隙部の形状は、スラスト狭隙部の内径及び外形と、スラスト狭隙部の軸方向隙間と、潤滑流体２８の粘度とをパラメータとして実験により定めることができる。

発明者らは、スラスト狭隙部の形状の具体的な例として、スラスト狭隙部の内径＝２．５〜６．５ｍｍ、スラスト狭隙部の外形＝３．５〜９．５ｍｍ、スラスト狭隙部の軸方向隙間＝５〜４０μｍ、２５℃における潤滑流体２８の粘度＝５〜３０ｃｓｔとした場合にスラスト方向の離反力と駆動電流の低減のバランスが良好となり所望する軸受剛性を確保ができることを実験により確認した。

次に第１循環通路５１と第２循環通路５２について説明する、なお、第１循環通路５１と第２循環通路５２の形状は、基本的には同じとすることができるので、循環通路としてまとめて説明する場合がある。

第１循環通路５１と第２循環通路５２は、スリーブ１６に孔を形成して構成してもよい。また、少なくとも第１循環通路５１または第２循環通路５２の一部はスリーブ１６とハウジング１４の間に形成してもよい。図２の実施形態の回転機器１００では、スリーブ１６の外周面には、軸方向に延在する溝１６ｄと溝１６ｅが形成されている。溝１６ｄと溝１６ｅは、円筒部１４ｃ内にスリーブ１６を嵌合させた際、スリーブ１６とハウジング１４の間にスリーブ１６の両端面側の第１端部１６ａと第２端部１６ｃとを連結する通路となる。つまり、第１循環通路５１と第２循環通路５２とはそれぞれ独立して設けることができる。また、第１循環通路５１と第２循環通路５２とは一部がつながるように構成してもよい。スリーブ１６に溝を付す加工は、スリーブ１６に軸方向に孔を形成する場合より加工の手間が少ない点で好ましい。

図２の実施形態の回転機器１００では、スリーブ１６の中間部には半径方向に延在する通路１６ｆが形成されている。通路１６ｆは溝１６ｄと連結して第１循環通路５１を構成する。また、通路１６ｆは溝１６ｅと連結して第２循環通路５２を構成する。つまり、第１循環通路５１と第２循環通路５２とは一部が通路１６ｆを共用して構成している。これにより通路を加工する手間が少なくなる。

第１ポンプ部５５の上部から押し出された潤滑流体２８は、第１ラジアル狭隙部５６と第１スラスト狭隙部６３を通過した後に第１循環通路５１を経て第１ポンプ部５５の下部に吸い込まれて循環する。同様に第２ポンプ部５７の下部から押し出された潤滑流体２８は、第２ラジアル狭隙部５８と第２スラスト狭隙部６４を通過した後に第２循環通路５２を経て第２ポンプ部５７の上部に吸い込まれて循環する。潤滑流体２８が循環することでラジアル狭隙部やスラスト狭隙部で生じるラジアル方向の離反力とスラスト方向の離反力の安定に寄与する。

溝１６ｄと溝１６ｅと通路１６ｆの形状は、溝と通路の断面形状と溝と通路の数と潤滑流体２８の粘度とをパラメータとして実験により定めることができる。

発明者らは、溝１６ｄと溝１６ｅと通路１６ｆの形状の具体的な例として、以下のような構成により、所望する軸受剛性を確保できることを実験により確認した。溝１６ｄと溝１６ｅの断面形状を凹んだ円弧状又は矩形状として溝の開口幅＝０．２〜０．８ｍｍ、溝の深さ＝０．１〜０．８ｍｍ、溝数は各１条、通路１６ｆの形状の直径０．３〜２．０ｍｍ、２５℃における潤滑流体２８の粘度＝５〜３０ｃｓｔ。

図２の回転機器１００では、流体は液体の潤滑流体２８として、第１ポンプ部５５、第１ラジアル狭隙部５６、第１スラスト狭隙部６３、第１循環通路５１、第２ポンプ部５７、第２ラジアル狭隙部５８、第２スラスト狭隙部６４、第２循環通路５２を形成する空間、ハウジング１４とフランジ２６との間の空間等を含む潤滑流体保持部に充填されている。潤滑流体保持部には外気と接する開放端を設けるのが一般的である。しかし、その開放端から潤滑流体２８が漏れ出すことがある。これに対応して、少なくとも第１循環通路５１または第２循環通路５２のいずれかに連接して流体と外気との気液界面をその途中に形成するようにされたキャピラリーシール部ＴＳをさらに備えるように構成してもよい。

キャピラリーシール部ＴＳは例えば、第１スラスト狭隙部６３の軸方向外側（図２において上側）に設けることも考えられるが、この場合は回転機器１００が厚くなる可能性がある。これに対応してキャピラリーシール部ＴＳはスリーブ１６を環囲して軸方向に重複する位置に形成して構成してもよい。この結果、回転機器１００が厚くなることを防止しうる。

図２の回転機器１００では、キャピラリーシール部ＴＳは、ハウジング１４の外周面１４ｅとハブ２０の第１円筒部２０ｂの内周面２０ｅとによって構成されている。外周面１４ｅは、上面側から下面側へ向かうにしたがって小径となるような傾斜面を有する。一方、これに対向する内周面２０ｅも、上面側から下面側に向かうにしたがって小径となるような傾斜面を有する。このような構成によって、外周面１４ｅおよび内周面２０ｅは、それらの隙間が上面側から下面側に向かうにしたがって拡がるような、キャピラリーシール部ＴＳを形成する。ここで、キャピラリーシール部ＴＳの途中に、潤滑流体２８と外気との境界面（気液界面）が位置するように、潤滑流体２８の充填量が設定されているので、毛細管現象により潤滑流体２８は、このキャピラリーシール部ＴＳによりシールされる。その結果、潤滑流体２８の外部への漏出が防止されている。

また、前述のごとく、キャピラリーシール部ＴＳは、外側の傾斜面である内周面２０ｅが上面側から下面側に向かうにしたがって小径となるように設定されている。そのため、回転体Ｒの回転にともない、潤滑流体２８には、それが充填された部分の内部方向に移動させる方向の遠心力が作用するので外部への漏出がより確実に防止される。

また、本実施形態においては、潤滑流体２８の欠乏抑制のために、キャピラリーシール部ＴＳの開放端側である内周面２０ｅの周方向に撥油剤を塗布した塗布部２０ｇ、と外周面１４ｅの周方向に撥油剤を塗布した塗布部１４ｆとを設けてもよい。撥油剤は、例えばテフロン（登録商標）樹脂を溶剤で溶かしたものとすることができる。塗布部２０ｇ、塗布部１４ｆで溶剤を気化させることによりテフロン（登録商標）膜を形成する。そして、このテフロン（登録商標）膜により、潤滑流体２８の気液界面から一旦飛散した潤滑流体２８が塗布部２０ｇ、塗布部１４ｆにはじかれて、潤滑流体２８の溜まり領域に戻るようにできる。その結果、潤滑流体２８の減少を容易に抑えることができる。なお、塗布部２０ｇ、塗布部１４ｆの位置は気液界面より開放側であればよくその位置は適宜設定できる。このように、ディスク駆動装置などの回転機器１００の潤滑流体２８の漏れ防止性能を向上することで、ディスク駆動装置などの回転機器１００の駆動時の負荷を軽減し、駆動電流の過剰な消費を回避しつつ、軸受剛性の維持に対する信頼性が向上できる。

シャフトとスリーブはそれぞれ別の材料から形成することも考えられる。シャフトとスリーブの線膨張係数に大きな差がある場合は、温度変化に対して外筒面２２ｃと内筒面１６ｂの隙間は大きく変化する。この隙間が大きくなると軸受のラジアル剛性が低下して、回転の不具合を生じる頻度が高くなる。また、この隙間が小さくなると、軸受の負荷による損失が増えて回転機器を駆動する電力が増大することがある。これに対応して、シャフトとスリーブは線膨張係数が実質的に等しい材料から形成して構成してもよい。この結果、温度変化に対する外筒面２２ｃと内筒面１６ｂの隙間の変化が抑えられる。

以上のように構成された回転機器１００の動作について説明する。
記録ディスク１２０を回転させるために、３相の駆動電流がコイル１８に供給される。その駆動電流がコイル１８を流れることにより、９本の突極に沿って駆動磁束が発生する。この駆動磁束によって円筒状マグネット２４にトルクが与えられ、ハブ２０およびそれに嵌合された記録ディスク１２０が回転する。同時にボイスコイルモータ１１８がスイングアーム１２２を揺動させることによって、磁気ヘッド１２４が記録ディスク１２０上の揺動範囲を行き来する。磁気ヘッド１２４は記録ディスク１２０に記録された磁気データを電気信号に変換して制御基板（不図示）へ伝え、また制御基板から電気信号の形で送られてくるデータを記録ディスク１２０上に磁気データとして書き込む。

図２の実施の形態では、第１端部１６ａ及び第２端部１６ｃはスリーブ１６と一体で構成するものとして説明したが、それぞれ別部材を組み合わせて構成しても同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、略同一形状のポンプ部を二つ備えて潤滑流体２８に互いに逆方向の流れを生じさせるように構成するものとして説明したが、ポンプ部の形状や数が異なる構成であっても同様の効果を得ることができる。例えば、形状の異なるポンプ部を２以上備える構成やポンプ部を１つだけ備える構成も同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、ポンピング溝は直線的な形状の縞模様で構成するものとして説明したが、曲線的や途中が折れ曲がるような形状の縞模様で構成しても同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、ラジアル狭隙部やスラスト狭隙部を構成する領域の面は一様に均されているものとして説明したが、これらの面は凹凸を有する部分を含んで構成しても同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、スリーブ１６とハウジング１４部材とは別体で構成するものとして説明したが、一体として構成しても同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、フランジ２６シャフト２２とは別体で構成するものとして説明したが、一体として構成しても同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、流体は液体である潤滑流体で構成するものとして説明したが、例えば空気などの気体として構成しても同様の効果を得ることができる。

図２の実施の形態では、第１循環通路５１と第２循環通路５２はスリーブ１６の外周面に形成した溝を含んで構成するものとして説明したが、ハウジング１４の内周面に形成した溝を含んで構成しても同様の効果を得ることができる。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得られる。

１００回転機器、１０ベース部材、１２０記録ディスク、１０ａ円筒部、１２ステータコア、１４ハウジング、１４ｂ底部、１４ｃ円筒部、１４ｅ外周面、１４ｆ塗布部、１６スリーブ、１６ａ第１端部、１６ｂ内筒面、１６ｃ第２端部、１６ｄ溝、１６ｅ溝、１６ｆ通路、１８コイル、２０ハブ、２０ａ中心孔、２０ｂ第１円筒部、２０ｃ第２円筒部、２０ｄハブ外延部、２０ｅ内周面、２０ｆ第１スラスト部、２０ｇ塗布部、２２シャフト、２２ｃ外筒面、２４マグネット、２６フランジ、２６ａ第２スラスト部、２８潤滑流体、５１第１循環通路、５２第２循環通路、５５第１ポンプ部、５６第１ラジアル狭隙部、５７第２ポンプ部、５８第２ラジアル狭隙部、６１第１ポンピング溝、６２第２ポンピング溝、６３第１スラスト狭隙部、６４第２スラスト狭隙部、６５フランジ収納部、７１第１スラスト部材、７２第２スラスト部材、Ｒ回転体、Ｓ固定体。

Claims

内筒面と前記内筒面の軸方向外側の第１端部と前記第１端部とは反対側の第２端部とを有するスリーブと、
少なくとも一部が前記内筒面に相対回転自在に収納されるシャフトと、
少なくとも前記シャフトと前記スリーブとの間の隙間に介在する流体と、
前記内筒面の軸方向の中間部に形成されて前記シャフトと前記スリーブの相対回転により前記流体に前記第１端部に向かう方向の第１の流れを生じさせる第１ポンプ部と、
前記内筒面の前記第１ポンプ部より前記第１端部側の領域に形成される第１ラジアル狭隙部と、
前記内筒面の前記第１端部に連設されて前記第１ポンプ部との間を連通する第１循環通路と、
を備えることを特徴とする回転機器。
前記シャフトの外筒面と前記内筒面のうち前記第１ラジアル狭隙部が形成されている領域は均されていることを特徴とする請求項１に記載した回転機器。
前記第１端部の前記内筒部から半径方向外側の領域に形成される第１スラスト狭隙部を備えることを特徴とする請求項１から２に記載した回転機器。
前記第１ポンプ部は、前記シャフトの外筒面と前記内筒面の少なくともいずれかに設けた縞状の第１ポンピング溝を備えることを特徴とする請求項１から３に記載した回転機器。
前記シャフトの半径方向外側に張り出して前記シャフトに実質的に固着された第１スラスト部材を備え、前記第１スラスト狭隙部は、前記第１スラスト部材と前記第１端部との軸方向に対向する領域に形成されることを特徴とする請求項１から４に記載した回転機器。
前記第１端部と前記第１スラスト部材のうち前記第１スラスト狭隙部を形成する領域は均されていることを特徴とする請求項５に記載した回転機器。
前記スリーブの少なくとも一部を収納するハウジングをさらに備えることを特徴とする請求項１から６に記載した回転機器。
少なくとも前記第１循環通路の一部は前記スリーブと前記ハウジングの間に形成されていることを特徴とする請求項１から７に記載した回転機器。
前記内筒面の軸方向の中間部に形成されて前記シャフトと前記スリーブの相対回転により前記流体に前記第２端部に向かう方向の第２の流れを生じさせる第２ポンプ部と
前記内筒面の前記第２ポンプ部より前記第２端部側の領域に形成される第２ラジアル狭隙部と
前記内筒面の前記第２端部に連設されて前記第２ポンプ部との間を連通する第２循環通路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から８に記載した回転機器。
前記内筒面の軸方向の中間部に形成されて前記シャフトと前記スリーブの相対回転により前記流体に前記第２端部に向かう方向の第２の流れを生じさせる第２ポンプ部と
前記内筒面の前記第２ポンプ部より前記第２端部側の領域に形成される第２ラジアル狭隙部と
前記内筒面の前記第２端部に連設されて前記第２ポンプ部との間を連通する第２循環通路と、を備え、少なくとも前記第２循環通路の一部は前記スリーブと前記ハウジングの間に形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載した回転機器。
前記シャフトの外筒面と前記内筒面のうち前記第２ラジアル狭隙部が形成されている領域は均されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載した回転機器。
前記第２端部の前記内筒部から半径方向外側の領域に形成された第２スラスト狭隙部をさらに備えることを特徴とする請求項９から１１に記載した回転機器。
前記第２ポンプ部は、前記シャフトの外筒面と前記内筒面の少なくともいずれかに設けた縞状の第２ポンピング溝を備えることを特徴とする請求項９から１２に記載した回転機器。
前記シャフトの半径方向外側に張り出して前記シャフトに実質的に固着された第２スラスト部材をさらに備え、前記第２スラスト狭隙部は、前記第２スラスト部材と前記第２端部との軸方向に対向する領域に形成されていることを特徴とする請求項９から１３に記載した回転機器。
前記第２端部と前記第２スラスト部材のうち前記第２スラスト狭隙部を形成する領域は均されていることを特徴とする請求項１４に記載した回転機器。
前記ハウジングの底部と前記第２端部との間にスラスト収納領域を形成し、前記第２スラスト部は前記スラスト収納領域に配設されたことを特徴とする請求項９から１５に記載した回転機器。
前記第１循環通路と前記第２循環通路とは一部がつながっていることを特徴とする請求項９から１６に記載した回転機器。
前記流体は液体からなり、少なくとも前記第１循環通路または前記第２循環通路のいずれかに連接して前記流体と外気との気液界面をその途中に形成するようにされたキャピラリーシール部をさらに備えることを特徴とする請求項９から１７に記載した回転機器。
前記キャピラリーシール部は前記スリーブを環囲して軸方向に重複する位置に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載した回転機器。
前記シャフトと前記スリーブは線膨張係数が実質的に等しい材料から形成されていることを特徴とする請求項１から１９に記載した回転機器。