JP3544098B2

JP3544098B2 - 動圧流体軸受装置

Info

Publication number: JP3544098B2
Application number: JP12897697A
Authority: JP
Inventors: 義和市山
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-05-19
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2017-05-19
Also published as: US6126320A; US6059459A; JPH10318253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油からなる流体（「潤滑流体」という）を利用し、軸部材とスリーブ部材の相対回転時にその間に充填された潤滑流体に圧力を生じさせ、その流体圧力によって軸部材を支持する動圧流体軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、動圧流体軸受装置として、軸部およびこの軸部から半径方向外方に突出する円盤状フランジ部を有する軸部材と、この軸部材に対して相対的に回転自在であるスリーブ部材と、軸部材とスリーブ部材との間に規定された間隙に充填された潤滑流体とを備えたものが知られている。この種の動圧流体軸受装置においては、軸部材の軸部の外周面およびこの外周面に対向するスリーブ部材の内周面の一方または両方にラジアル動圧溝が形成されてラジアル動圧軸受部が設けられ、また軸部材のスラスト部の両面およびこれら両面に対向するスリーブ部材の対向内面の一方または双方に一対のスラスト動圧溝が形成されてスラスト動圧軸受部が設けられている。そして、潤滑流体は、ラジアル動圧軸受部および一対のスラスト動圧軸受部に渡って、軸部材とスリーブ部材との間の間隙に実質上連続して充填される。
【０００３】
このような動圧流体軸受装置は、たとえば、マイクロコンピュータのハードディスク駆動用のＤＣブラシレスモータ、ＣＤ−ＲＯＭ駆動用ＤＣモータなど種々のモータに使用されることが多い。このようなモータに使用する場合、軸部材およびスリーブ部材の一方がモータのステータおよび固定部に固定され、それらの他方がロータに固定される。モータには、軸が固定される軸固定型のものと、軸が回転される軸回転型のものとが存在する。軸固定型のものでは、軸部材がモータのベースプレートのような固定部に固着され、スリーブ部材がロータに一体的に回転するように結合される。一方、軸回転型のものでは、スリーブ部材がモータの固定部に固着され、軸部材がロータに一体的に回転するように結合される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような動圧流体軸受装置においては、軸部材とスリーブ部材との間の間隙に充填された潤滑流体の分配、保持が重要な問題である。すなわち、動圧流体軸受装置に用いられる潤滑流体は、長期の使用によってその量が減少し、その減少量が大きくなると寿命に至る。潤滑流体がこのように減少する理由としては、（１）潤滑流体の外部への蒸発、（２）潤滑流体に含まれた気泡（特に潤滑流体を注入する際に気泡が混入する場合が多い）の圧力変化、温度変化による膨張、（３）一対のラジアル動圧溝および／または一対のスラスト動圧溝の形状のアンバランスによる潤滑流体の片寄り、（４）環境温度変化による各種構成要素および潤滑流体の体積膨張にともなう潤滑流体の漏れ、（５）軸部材とスリーブ部材との相対的回転時に生じる遠心力およびオイルマイグレーション（潤滑流体が部材の表面に沿って広がり外ににじみ出る現象）による潤滑流体の漏れ、等が存在し、一対のスラスト動圧軸受部および一対のラジアル動圧軸受部の少なくとも一つの軸受部において潤滑流体が大きく減少すると、動圧流体軸受装置の全体が寿命となる。
【０００５】
従来の上述した動圧流体軸受装置においては、充填される潤滑流体の分配、保持を考慮して設計されていたが、それらについて充分改良されておらず、さらなる改良が望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、ラジアル動圧軸受部およびスラスト動圧軸受部に対する潤滑流体の分配、保持を所要のとおりに行い、これによって長期に渡って安定して使用することができる動圧流体軸受装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸部およびこの軸部の一端側に半径方向外方に突出する円盤状フランジ部を有する軸部材と、該軸部とスリーブ嵌合するとともに前記フランジ部を囲繞し、前記軸部材に対して相対的に回転自在であるスリーブ部材と、該スリーブ部材と前記軸部材との間の間隙に充填された潤滑流体とを具備する動圧流体軸受装置において、
前記軸部の外周面およびこの軸部の外周面に対向する前記スリーブ部材の内周面の一方または両方には、その軸線方向に間隔を置いて一対のラジアル動圧溝が形成されて一対のラジアル動圧軸受部が形成され、
前記フランジ部の両面およびこの両面に対向する前記スリーブ部材の内周面の一方または両方には、一対のスラスト動圧溝が形成されて一対のスラスト動圧軸受部が形成され、
前記一対のラジアル動圧溝の少なくとも一方は、前記一対のスラスト動圧軸受部に向けて潤滑流体を流動するように、上記軸線方向にアンバランスに形成されており、
さらに、一端側の前記ラジアル動圧軸受部と他端側の前記スラスト動圧軸受部との間には、上記間隙間の潤滑流体の量が多いときには前記一端側のラジアル動圧軸受部から前記他端側のスラスト動圧軸受部への潤滑流体の流動量を調整し、前記間隙間の潤滑流体の量が少なくなると前記一端側のラジアル動圧軸受部と前記他端側のスラスト動圧軸受部との間の潤滑流体の流動を実質上阻止する流動調整手段が設けられていると共に、
前記ラジアル動圧軸受部の両側の少なくとも一方には、摩耗粉を回収するための摩耗粉回収溝が設けられていることを特徴とする動圧流体軸受装置である。
【０００８】
本発明に従えば、軸部材の軸部およびこの軸部に対向するスリーブ部材の一方または両方に形成されたラジアル動圧溝は、軸部材のフランジ部とこのフランジ部に対向するスリーブ部材の一方または両方にスラスト動圧溝を形成して設けられた一対のスラスト動圧軸受部に向けて潤滑流体を流動するように、軸部材の軸線方向にアンバランスに形成されている。また、一端側のラジアル動圧軸受部と他端側のスラスト動圧軸受部との間には、潤滑流体の量が多いときにはそこを通して流動する潤滑流体の流量を調整し、潤滑流体の量が少ないときには潤滑流体の流動を実質上阻止する流動調整手段が設けられている。
【０００９】
したがって、潤滑流体を注入した時等の潤滑流体の量が多いときには、ラジアル動圧軸受部からスラスト動圧軸受部に向けて潤滑流体が流動され、ラジアル動圧軸受部とスラスト動圧軸受部との間の潤滑流体の分配が行われ、これら動圧軸受部に適量の潤滑流体の量が保持される。これに対して、長期の使用等によって潤滑流体が減少してその量が少なくなると、スラスト動圧軸受部とラジアル動圧軸受部との間の潤滑流体の流動が実質上阻止され、ラジアル動圧軸受部またはスラスト動圧軸受部への潤滑流体の片寄りが防止され、これによって潤滑流体の量が少なくなってもこれら動圧軸受部に適量の潤滑流体が保持され、その結果、動圧流体軸受装置の寿命も長く保つことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う動圧流体軸受装置の一実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明に従う動圧流体軸受装置の一実施形態を、マイクロコンピュータのハードディスク駆動用ＤＣブラシレス・スピンドルモータに適用した例を示している。図１において、図示のスピンドルモータは、ベースプレート２を備えている。このベースプレート２は、図示していないが、ハードディスク駆動装置のベース部材に取付けられる。なお、ベースプレート２とハードディスク駆動装置のベース部材とを共通にし、ベースプレート２を上記ベース部材として用いることもできる。ベースプレート２には、動圧流体軸受装置４を介してロータ６が回転自在に装着されている。ロータ６は、円筒状のハブ本体８を備えている。ハブ本体８の下端部には、半径方向外方に突出するディスク載置部１０が設けられており、このディスク載置部１０に磁気ディスクの如き記録ディスク（図示せず）が一枚、または所定の間隔を置いて複数枚取付けられる。ハブ本体８の内周面には、環状のロータマグネット１２が装着され、このロータマグネット１２に対向してベースプレート２にはステータ１４が装着されている。ステータ１４は、複数枚のコアプレートを積層したステータコア１６と、このステータコア１６に巻かれたコイル１８から構成されている。かく構成されているので、ステータ１４のコイル１８に電流が送給されると、ステータ１４とマグネット１２の相互磁気作用によってロータ６が所定方向に回転駆動される。
【００１２】
次いで、動圧流体軸受装置４について説明すると、図示の動圧流体軸受装置４は、軸部材２０とスリーブ部材２２の組合わせから構成されている。軸部材２０は、断面が円形の細長い軸部２４を有し、この軸部２４の一端部近傍には円盤状部材が設けられ、この円盤状部材が軸部２４から半径方向外方に突出するフランジ部２６を構成している。この実施の形態では、軸部２４とフランジ部２６とを別体に形成して両者を結合しているが、両者を一体に形成することもできる。軸部材２０の軸部２４の他端部は、ベースプレート２に圧入のごとき手段によって固定され、スリーブ部材２２の一端部が圧入のごとき手段によってハブ本体８に固定されている。したがって、このスピンドルモータでは、軸部材２０はベースプレート２に固定され、ベースプレート２に対してスリーブ部材２２およびロータ６が一体的に所定方向に回動される。
【００１３】
軸部材２０の軸部２４には、その他端（下端）から中間部までその軸線方向（図１において上下方向）に延びる空気孔２８が形成されている。この実施の形態では、軸部２４にその下端面から中間部までにわたって孔加工が施され、この孔加工の下端面開口を密閉部材２９により封止することによって、空気孔２８が形成される。
【００１４】
図１とともに図２を参照して、スリーブ部材２２は、中空円筒状のスリーブ本体３０を備えている。スリーブ本体３０は、内径が小さい小内径部３２、内径が上記小内径部３２より大きい中内径部３４、および内径が上記中内径部３４より大きい大内径部３６を有し、小内径部３２、中内径部３４および大内径部３６がスリーブ本体３０の他端部（下端部）から一端部（上端部）に向けてこの順序で配設されている。小内径部３２の内径は軸部材２０の軸部２４の外径よりも幾分大きく、また中内径部３４の内径は軸部材２０のフランジ部２６の外径よりも幾分大きく設定されている。このようなスリーブ本体３０に軸部材２０を装着すると、軸部材２０の軸部２４がスリーブ本体３０の小内径部３２にスリーブ嵌合（軸部材２０の軸線方向の比較的長い領域において嵌合されること）され、また、軸部材２０のフランジ部２６がスリーブ本体３０の中内径部３４に配置され、スリーブ本体３０の小内径部３２、小内径部３２と中内径部３４との間の段部４０および中内径部３４と、軸部材２０の軸部２４、フランジ部２６の一面（図１において下側の面）および周面との間には、潤滑流体を保持するための間隙が形成される。
【００１５】
キャップ部材３８は、スリーブ本体３０と一体的に回転するようスリーブ本体３６の大内径部３６および中内径部３４と大内径部３６との間の段部４２に固定され、スリーブ部材２２の一部を成している。キャップ部材３８は軸部材２０のフランジ部２６の外側の面を覆っており、スリーブ本体３０の中内径部３４とキャップ部材３８とによってフランジ部２６の表面のほぼ全域を囲繞するフランジ囲繞部を構成する。このキャップ部材３８は、たとえばカシメ等の手段によってスリーブ本体３０に固定される。
【００１６】
本実施の形態では、スラスト動圧軸受部およびラジアル動圧軸受部は、次のとおりに配置されている。ラジアル動圧軸受部４４，４６は、軸部材２０の軸部２４とスリーブ部材２２とのスリーブ嵌合部に軸部材２０の軸線方向に間隔を置いて配設され、ロータ６に作用するラジアル力を支持する。一対のラジアル動圧軸受部４４，４６の間の軸部材２０の軸部２４の部分２４ａは、他の部分に比べて幾分小径となっており、このように小径部分２４ａを設けることによって、スリーブ部材２２の内周面との間に、後述する流体溜４８が設けられる。ラジアル動圧軸受部４４，４６のラジアル動圧溝５０，５２は、へリングボーン形状に形成され、図２に示すとおり、スリーブ部材２２の小内径部３２の内周面に周方向に間隔をおいて複数形成されている。ラジアル動圧溝５０，５２は、スリーブ部材２２の内周面に設けることに代えて、たとえば、軸部材２０の軸部２４の外周面に設けてもよく、またスリーブ部材２２の内周面と軸部材２０の軸部２４の外周面の双方に設けてもよい。また、スラスト動圧軸受部５４，５６は、軸部材２０のフランジ部２６の両面側に設けられ、ロータ６に作用するスラスト力を支持する。スラスト動圧軸受部５４，５６のスラスト動圧溝５８（図３においてフランジ部２６の外側の面に形成されたもののみを示す）は、へリングボーン形状に形成され、フランジ部２６の内側および外側の面に形成されている。このスラスト動圧溝５８は、フランジ部２６の両面に設けることに代えて、フランジ部３２の上記両面と対向するスリーブ部材２２の対向面、すなわちスリーブ本体３０の段部４０の面およびキャップ部材３８の内面に設けるようにしてもよく、またフランジ部２６の両面とスリーブ本体３０の上記段部４０の面およびキャップ部材３８の内面との双方に設けるようにしてもよい。
【００１７】
この実施形態では、軸部材２０のフランジ部２６の外側の面と対向するキャップ部材３８の内周部近傍の内面には、環状小凹部６０が形成され、この環状小凹部６０によってフランジ部２６の外側面の間隔が幾分大きくなっている。この環状小凹部６０の内周側には、さらに、環状大凹部６２が設けられている。環状大凹部６２は、環状小凹部６０に続いて略垂直上方に延びる垂直面と、この垂直面から半径方向内方に向けて下方に傾斜する傾斜面を有し、これら垂直面と傾斜面とによって三角状の環状大凹部６２が形成されている。環状小凹部６０は、潤滑流体に混入した気泡が容易に分離されるとともに、スラスト動圧軸受部５６における潤滑流体が減少したときに潤滑流体の界面が半径方向外周側に、換言するとスラスト動圧軸受手段５６に向けて移動するように設けられている。この環状小凹部６０におけるフランジ部２６の外面との間隔は、たとえば５０〜８０μｍ程度に設定される。また、環状大凹部６２は、環状小凹部６０に比してある程度大きく形成され、気泡の膨張によって潤滑流体とともに気泡が漏れたときに外部に飛散することなく気泡と潤滑流体との分離を可能とし、分離された空気は、圧力が開放されて軸部材２０とキャップ部材３８との間隙を通して外部に排出され、残りの潤滑流体は、環状小凹部６０を通してスラスト動圧軸受部５６に戻される。
【００１８】
軸部材２０の軸部２４の他端部には、その外径が幾分小さくなった環状凹部６４が設けられ、またスリーブ部材２２の一端部の内周面には、断面が略Ｖ字状の環状凹部６６が設けられている。環状凹部６６は、軸部材２０に対してスリーブ部材２２が所定方向に回転したときに発生する遠心力によって漏れた潤滑流体をラジアル動圧軸受部４４側に向けて流動させる作用をし、これによって潤滑流体の外部への漏れ、にじみを防止する。
【００１９】
この動圧流体軸受装置４においては、空気孔２８に関連して、軸部材２０の軸部２４には、一対の送給孔６８，７０と戻り孔７２とが設けられている。片方の送給孔６８は、片方のラジアル動圧軸受部４４に関連して設けられ、その一端は空気孔２８の下端部に開口し、その他端は軸部材２０における、スリーブ部材２２に形成されたラジアル動圧溝５０の一端部（図２において下端部）に対向する部分に開口している。この実施形態では、ラジアル動圧溝５０は、軸部材２０の軸線方向にアンバランスに、詳しくは動圧溝５０の片側部５０ａ（図２において下方に向けて右側に傾斜して延びている部分）の軸線方向の幅Ｗ１がそれらの他側部５０ｂ（図２において上方に向けて右側に傾斜して延びている部分）の軸線方向の幅Ｗ２よりも大きく（Ｗ１＞Ｗ２）設定されており、そして、送給孔６８の他端側開口は、上記ラジアル動圧溝５０の片側部５０ａの外側端部に対向して開口している。したがって、軸部材２０に対してスリーブ部材２２が相対的に回転されると、ラジアル動圧溝５０、特にそれらの片側部５０ａのポンピング作用によって空気孔２８内の潤滑流体が送給孔６８を通して吸出され、ラジアル動圧軸受部４４に供給される。なお、ラジアル動圧溝５０は、上述したようにアンバランスに形成されているので、ラジアル動圧軸受部４４における潤滑流体には、他方のラジアル動圧軸受部４６側に、換言すると一対のスラスト動圧軸受部５４，５６側に向う流動力が作用する。
【００２０】
また、他方の送給孔７０は、他方のラジアル動圧軸受部４６に関連して設けられ、その一端は空気孔２８の上端部に開口し、その他端は軸部材２０における、スリーブ部材２２に形成された他方のラジアル動圧溝５２の一端（図２において下端）に対向する部分に開口している。この実施形態では、ラジアル動圧溝５２は、軸部材２０の軸線方向に幾分アンバランスに、詳しくは動圧溝５２の片側部５２ａ（図２において下方に向けて右側に傾斜して延びている部分）の軸線方向の幅Ｗ３がそれらの他側部５２ｂ（図２において上方に向けて右側に傾斜して延びている部分）の軸線方向の幅Ｗ４よりも幾分大きく（Ｗ３＞Ｗ４）設定されており、そして、送給孔７０の他端側開口は、上記ラジアル動圧溝５２の片側部５２ａの内側端に対向して開口している。したがって、軸部材２０に対してスリーブ部材２２が相対的に回転されると、ラジアル動圧溝５２、特にそれらの片側部５２ａのポンピング作用によって空気孔２８内の潤滑流体が送給孔７０を通して吸出され、ラジアル動圧軸受部４６に供給される。なお、ラジアル動圧溝５２は、上述したように幾分アンバランスに形成されているので、ラジアル動圧軸受部４６における潤滑流体には、一対のスラスト動圧軸受部５４，５６側に向う弱い流動力が作用する。なお、ラジアル動圧溝５２については、片側部５２ａの軸線方向の幅Ｗ３と他側部５２ｂとの軸線方向の幅Ｗ４とを実質上等しく形成し上述したアンバランスをなくしてもよい。
【００２１】
さらに、戻り孔７２は、一対のラジアル動圧軸受部４４，４６の間に存在する流体溜４８に関連して設けられ、その一端は空気孔２８の中間上部に開口し、その他端は軸部材２０の小径部分２４ａの外周面に開口している。このように戻り孔７２が設けられているので、片方のラジアル動圧軸受部４４によって一対のスラスト動圧軸受部５４，５６に向けて流動される潤滑流体の量が多くなると、流動する潤滑流体の大部分はこの戻り孔７２を通して空気孔２８に戻される。
【００２２】
本実施形態では、さらに、軸部材２０のフランジ部２６には、貫通孔７４と循環孔７６とが設けられている。貫通孔７４は、軸部材２０の軸部２４の他端部における外周部の対向する部分を切欠くことによって形成され（図３も参照）、かかる貫通孔７４は軸部材２０の軸線方向に直線状に延びている。貫通孔７４は、フランジ部２６の基部を貫通して設けられ、フランジ部２６の内面側と外面側とを連通する。循環孔７６は、フランジ部２６に１８０度の間隔を置いて設けられ、その一端は上記貫通孔７４に開口し、その他端はフランジ部２６の外周面に開口している。
【００２３】
貫通孔７４および循環孔７６が設けられていることに関連して、一対のスラスト動圧軸受部５４，５６のスラスト動圧溝５８は流体の駆動力が半径方向に幾分アンバランスに、詳しくは動圧溝５８の片側部５８ａ（図３において半径方向内側に存在する部分）およびそれらの他側部５８ｂ（図３において半径方向外側に存在する部分）は、それぞれ、潤滑流体を半径方向外周側および内周側に向けて駆動するが、片側部５８ａによって付与される外周側に向けての駆動力が、他側部５８ｂによって付与される内周側に向けての駆動力よりも強くなるよう設定される。したがって、軸部材２０に対してスリーブ部材２２が相対的に回転されると、スラスト動圧溝５８における潤滑流体には、スラスト動圧溝５８の半径方向のアンバランスと潤滑流体に作用する遠心力によって半径方向外方に向かう流動力が作用し、この流動力によってスラスト動圧軸受部５４，５６における潤滑流体は、半径方向外方に流動されてフランジ部２６の外周面とスリーブ本体３０の内周面との間の環状空間に至り、さらに循環孔７６および貫通孔７４を通って一対のスラスト動圧軸受部５４，５６に戻る。なお、スラスト動圧溝５８については、片側部５８ａの半径方向の幅Ｒ１と他側部５８ｂとの半径方向の幅Ｒ２とを実質上等しく形成してもよく、この場合、潤滑流体には軸部材２０とスリーブ部材２２との相対的回転によって生じる遠心力によって半径方向外方へ向かう流動力が作用する。
【００２４】
軸部材２０のフランジ部２６の外周面には、スリーブ本体３０の内周面との間に環状流体溜８０を形成するための環状凹部８２が設けられている。この実施形態では、環状凹部８２の断面形状は半径方向外方に拡がる略Ｖ字状であり、フランジ部２６の外周面とスリーブ本体３０の対向する対向面との間の間隔は、フランジ部２６の軸線方向両端から内側に向けてテーパ状に漸増している。このように形成されているので、環状流体溜８０の一部に潤滑流体が存在する場合には、たとえば図５に示すように、この潤滑流体はフランジ部２６の外周面に沿って軸方向両端部に集まるようになり、したがってスリーブ部材２２が相対的に回転される際には、この両端部に存在する潤滑流体がスラスト動圧軸受部５４，５６に送給される。なお、フランジ部２６の外周面の傾斜角度β（図１）は、たとえば２０〜３０度程度に設定される。
【００２５】
この動圧流体軸受装置４では、さらに、一対のラジアル動圧軸受部４４，４６と一対のスラスト動圧軸受部５４，５６との間に、潤滑流体の流動を調整する流動調整手段が設けられている。図示の流動調整手段は、軸部材２０の軸部２４の外周面とスリーブ部材２２の内周面との間隔を広くする環状バンク部８４から構成され、この環状バンク部８４がスリーブ部材２２、詳細には小内径部３２の上端部の内周面に設けられている。環状バンク部８４は、スリーブ部材２２の内周面に設けることに代えて、軸部材２０の軸部２４の外周面に設けるようにしてもよく、またスリーブ部材２２の内周面と軸部２４の外周面との双方に設けるようにしてもよい。
【００２６】
このようにバンク部８４を設けた場合には、スリーブ部材２２と軸部材２０との間隙に存在する潤滑流体の量が多いと、上側のラジアル動圧軸受部４６から下側のスラスト動圧軸受部５４までの間がバンク部８４を越えて実質上連続して潤滑流体が充填された状態になる。それ故に、バンク部８４を通しての潤滑流体の流動が許容され、一対のラジアル動圧軸受部４４，４６と一対のスラスト動圧軸受部５４，５６との潤滑流体の適切な分配が行われる。これに対して、スリーブ部材２２と軸部材２０との間隙に存在する潤滑流体の量が少なくなると、バンク部８４の上部、換言すると軸部２４とフランジ部２６の角部に空気が滞留し、滞留した空気の環状帯によって一対のラジアル動圧軸受部４４，４６と一対のスラスト動圧軸受部５４，５６とが分離され、ラジアル動圧軸受部４４，４６とスラスト動圧軸受部５４，５６との間の潤滑流体の流動が阻止され、潤滑流体の片寄りが防止される。
【００２７】
一対のラジアル動圧軸受部４４，４６に関連して金属粉回収溝８６が設けられている（図２参照）。この実施形態では、下側のラジアル動圧溝５０の内側と上側のラジアル動圧溝５２の両側に回収溝８６が配設されている。回収溝８６はスリーブ部材２２の内周面に形成され、その断面形状は半径方向内方に拡がる略Ｖ字状に形成されている。潤滑流体中に混入した摩耗粉の如き金属粉は、潤滑流体よりも比重が大きく、したがって、スリーブ部材２２が回転されると、潤滑流体中の金属粉は、それに作用する遠心力によって半径方向外方に移動し、上記回収溝８６に回収される。
【００２８】
次いで、図１とともに図４〜図８を参照して、上述した動圧流体軸受装置を備えたスピンドルモータの作用について説明する。なお、図４〜図８において黒点を施している部分は潤滑流体を示している。
【００２９】
図４は、スピンドルモータの組立直後の状態を示す。ここで、動圧軸受部４４，４６，５４，５６に対する潤滑流体の注入は、たとえば特開平８？４７７７号公報に示される方法にて行われる。すなわち、ベースプレート２に立設した軸部材２０の軸部２４に対しスリーブ本体３０の小内径部３２を上方から一部挿入した状態で、小内径部３２の内周面における軸部２４の外周面上端に適量の潤滑流体を注入し、次いで、小内径部３２を軸部２４に対しさらに挿入し、この過程で軸部２４と小内径部３２との間の間隙に上記潤滑流体を吸い込んでゆく。小内径部３２の挿入が完了した後は、軸部２４にフランジ部２６を固着し、フランジ部２６の上面に残りの潤滑流体を滴下した後、スリーブ本体３０の大内径部３６にキャップ部材３８を内嵌し、このようにしてスピンドルモータの組立が完了する。
【００３０】
この組立直後においては、図４に示すとおり、各動圧軸受部４４，４６，５４，５６以外にかなりの量の潤滑流体が空気孔２８内に流入し、また潤滑流体中に混入した気泡も至る所に存在する。なお、潤滑流体の注入量は、スリーブ部材２２と軸部材２０との間の間隙の体積（外側のラジアル動圧軸受部４４から内側のラジアル動圧流体部４６および内側のスラスト動圧軸受部５４を通って外側のスラスト動圧軸受部５６に至る領域の体積であって、空気孔２８、送給孔６８，７０および循環孔７２を除くもの）にほぼ対応する量である。
【００３１】
図４の状態からロータ６を回転駆動すると、注入された潤滑流体の再配分が行われる。ロータ６を回転駆動すると、これと一体的にスリーブ部材２２が回転する。スリーブ部材２２が回転すると、一対のスラスト動圧軸受部５４，５６の半径方向の幾分のアンバランスによるポンピング作用および遠心力によって、これら動圧軸受部５４，５６における潤滑流体が矢印９０（図５）で示す半径方向外方に流動して環状流体溜８０に流れ、これによって環状流体溜８０内の潤滑流体が矢印９２で示す半径方向内方に流動して循環孔７６および貫通孔７４を通ってスラスト動圧軸受部５４，５６の内側に流れ、このようにして軸部材２０のフランジ部２６において潤滑流体の循環が行われる。そして、この循環中に、潤滑流体に混入した気泡は、貫通孔７４から外側のスラスト動圧軸受部５６に流れる際に、キャップ部材３８に形成された環状小凹部６０および環状大凹部６２にて潤滑流体から分離され、分離された気泡は大気に排出され、気泡が除去された潤滑流体がスラスト動圧軸受部５６に向けて流動する。
【００３２】
また、空気孔２８の下端部に存在する潤滑流体は、ラジアル動圧軸受部４４のポンピング作用によって送給孔６８を通してこの軸受部４４に送給され、さらに軸受部４４からの潤滑流体は他方のラジアル動圧軸受部４６を介して一対のスラスト動圧軸受部５４，５６にも送給される。なお、空気孔２８に流入した潤滑流体の量が多いときには、ラジアル動圧軸受部４４から流体溜４８に流動した潤滑流体は、その一部が他方のラジアル動圧軸受部４６に向けて流れ、その残部が戻り孔７２を通して空気孔２８に戻り、空気孔２８、送給孔６８、ラジアル動圧軸受部４４および戻り孔７２を通して潤滑流体が循環される。
【００３３】
また、空気孔２８の上端部に存在する潤滑流体は、他方のラジアル動圧軸受部４６のポンピング作用によって送給孔７０を通してこの軸受部４６に送給され、さらに軸受部４６からの潤滑流体は、フランジ部２６を循環する潤滑流体に混合されて一対のスラスト動圧軸受部５４，５６に送給され、かく混合されることによって、ラジアル動圧軸受部４４，４６における潤滑流体に混入した気泡も潤滑流体から分離されて外部に排出される。なお、一対のラジアル動圧軸受部４４，４６から一対のスラスト動圧軸受部５４，５６に流動される潤滑流体の量が多くなるときには、この潤滑流体の一部を空気孔２８に戻すために、ラジアル動圧軸受手段４６の外側と空気孔２８を連通する戻り孔を設けるのが望ましい。オイル注入後ロータ６をある程度回転駆動すると、上述したとおりに潤滑流体が流れて図５に示す状態となり、潤滑流体の再配分が終了する。
【００３４】
その後、スピンドルモータを使用していくと、図６に示す状態となる。すなわち、スピンドルモータをある程度使用すると、空気孔２８内の潤滑流体が、主としてラジアル動圧軸受部４４のポンピング作用によって一対のスラスト動圧軸受部５４，５６に向けて流動され、空気孔２８内の潤滑流体は、一対のラジアル動圧軸受部４４，４６間の流体溜４８および軸部材２０のフランジ部２６の外周側に存在する環状流体溜８０に溜まり、主として流体溜４８はラジアル動圧軸受部４４，４６の潤滑流体のための溜として機能し、環状流体溜８０はスラスト動圧軸受部５４，５６の潤滑流体のための溜として機能する。なお、このような状態においては、たとえば、軸線方向にアンバランスに形成されているラジアル動圧軸受部４４においては、ポンピング作用によって潤滑流体が流体溜４８に向けて流動し、ラジアル動圧溝５０の片側部５０ａの外側端部の一部に空気が入込むようになり、これによって片側部５０ａのポンピング作用と他側部５０ｂのポンピング作用とが実質上等しくなり、これによって潤滑流体のバランスが保たれる。かかる状態においては、ラジアル動圧軸受部４４からの潤滑流体は一対のスラスト動圧軸受部５４，５６に向けて流動されることはない。動圧溝をアンバランスに形成したときには、他の動圧軸受部においても、同様にして潤滑流体の減少にともなって上述したとおりにして潤滑流体のバランスが保たれる。
【００３５】
図６に示す状態においては、流体溜４８に空気が環状に滞留し、滞留した空気がラジアル動圧軸受部４４，４６の間の潤滑流体の流動を実質上阻止し、これによって下側のラジアル動圧軸受部４４と上側のラジアル動圧軸受部４６とが実質上分離された状態となる。
【００３６】
スピンドルモータの使用期間がさらに長くなると、潤滑流体の蒸発などによってその量が減少して図７に示す状態となる。潤滑流体の量が減少していくと、図６と図７とを比較することによって容易に理解される如く、流体溜４８および環状流体溜８０に蓄えられていた潤滑流体がラジアル動圧軸受部４４，４６およびスラスト動圧軸受部５４，５６に送給され、これによって流体溜４８，８０に滞留する空気の量が次第に多くなる。潤滑流体がさらに減少されると、図７に示すように、軸部材２０の軸部２４とフランジ部２６との隅部、換言するとスリーブ部材２２に設けられたバンク部８４の上側に空気が滞留するようになり、空気がバンク部８４の上側に環状に滞留するようになる。空気がこのように滞留すると、この空気は、上側のラジアル動圧軸受部４６と一対のスラスト動圧軸受部５４，５６との間の潤滑流体の流動を実質上阻止し、これによってラジアル動圧軸受部４６とスラスト動圧軸受部５４，５６とが実質上分離された状態になる。
【００３７】
そして、さらに潤滑流体が消費されると、図８に示す状態になる。この状態においては、一対のスラスト動圧軸受部５４，５６の間も空気によって分離され、潤滑流体はラジアル動圧軸受部４４，４６およびスラスト動圧軸受部５４，５６に対応する部位においてのみ残存し、これら動圧軸受部４４，４６，５４，５６の一つにおいて潤滑流体がほぼなくなると動圧流体軸受装置４の寿命となる。
【００３８】
この実施形態の動圧流体軸受装置４においては、上述した如く、ロータ６の回転によって注入された潤滑流体が適切に再配分され、そして潤滑流体が減少するに従ってラジアル動圧軸受部４４，４６およびスラスト動圧軸受部５４，５６が順次分離されるようになるので、動圧流体軸受装置４内での潤滑流体の片寄りが防止され、長期に渡って安定して使用することが可能となる。
【００３９】
以上、本発明に従う動圧流体軸受装置の一実施形態について説明したが、本発明が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修正、変更が可能である。
【００４０】
たとえば、図示の実施形態では、動圧流体軸受装置４を軸固定型のモータに適用して説明したが、軸回転型のモータにも同様に適用することができ、さらに他の種類のモータにも適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の請求項１の動圧流体軸受装置によれば、軸部材の軸部およびこの軸部に対向するスリーブ部材の一方または両方に形成された一対のラジアル動圧溝の少なくとも一方は、軸部材のフランジ部およびこのフランジ部に対向するスリーブ部材の一方または両方にスラスト動圧溝を形成して設けられた一対のスラスト動圧軸受部に向けて潤滑流体を流動するように、軸部材の軸線方向にアンバランスに形成されている。また、一端側のラジアル動圧軸受部と他端側のスラスト動圧軸受部との間には、潤滑流体の量が多いときにはそこを通して流動する潤滑流体の流量を調整し、潤滑流体の量が少ないときには潤滑流体の流動を実質上阻止する流動調整手段が設けられている。したがって、潤滑流体を注入した時等の潤滑流体の量が多いときには、一端側のラジアル動圧軸受部から他端側のスラスト動圧軸受部に向けて潤滑流体が流動され、一対のラジアル動圧軸受部と一対のスラスト動圧軸受部との間の潤滑流体の分配が行われ、これら動圧軸受部に適量の潤滑流体の量が保持される。これに対して、長期の使用等によって潤滑流体が減少してその量が少なくなると、他端側のスラスト動圧軸受部と一端側のラジアル動圧軸受部との間の潤滑流体の流動が実質上阻止され、一対のラジアル動圧軸受部または一対のスラスト動圧軸受部への潤滑流体の片寄りが防止され、これによって潤滑流体の量が少なくなってもこれら動圧軸受部に適量の潤滑流体が保持され、その結果、動圧流体軸受装置の寿命も長く保つことができる。さらに、ラジアル動圧軸受部に隣接して摩耗粉回収溝が設けられているので、使用によって発生する摩耗粉がこの回収溝に回収される。
【００４２】
また本発明の請求項２の動圧流体軸受装置によれば、流動調整手段がバンク部から構成されるので、潤滑流体が消費して減少すると、このバンク部にて空気が滞留するようになり、この滞留する空気によって潤滑流体の流動が実質上阻止される。
【００４３】
また本発明の請求項３の動圧流体軸受装置によれば、一対のラジアル動圧軸受部の間に流体溜が設けられ、他端側のラジアル動圧軸受部のラジアル動圧溝が軸線方向にアンバランスに形成されているので、潤滑流体の量が多いときには他端側のラジアル動圧軸受部から一端側のラジアル動圧軸受部に潤滑流体が送給され、これによって潤滑流体の再配分が行われる。一方、潤滑流体の量が減少するとこの流体溜に空気が滞留し、滞留した空気は一対のラジアル動圧軸受部の間の潤滑流体の流動を実質上阻止するので、一対のラジアル動圧軸受部が実質上分離され、潤滑流体の片寄りが防止される。
【００４４】
また本発明の請求項４の動圧流体軸受装置によれば、軸部材に空気孔が設けられ、この空気孔と一対のラジアル動圧軸受部とは送給孔を介して連通されている。したがって、空気孔に充填された潤滑流体は送給孔を通してラジアル動圧軸受部に送給される。また、流体溜と空気孔とを連通する戻り孔が設けられているので、潤滑流体の量が多いときには、流体溜に流動した潤滑流体の一部は戻り孔を通して空気孔に戻され、多量の潤滑流体がスラスト動圧軸受部に向けて送給されることはない。
【００４５】
また本発明の請求項５の動圧流体軸受装置によれば、軸部材のフランジ部に軸線方向に延びる貫通孔と半径方向に延びる循環孔とが設けられているので、フランジ部の両側にてスラスト動圧軸受部の作用によって半径方向外方に流動した潤滑流体は、貫通孔および循環孔を通してスラスト動圧軸受部の半径方向内側に流れ、フランジ部において潤滑流体の循環が行われる。
【００４６】
また本発明の請求項６の動圧流体軸受装置によれば、軸部材のフランジ部の外周面にはスリーブ部材の対向する対向面との間隔が軸線方向両端から内側に向けて漸増する環状凹部が設けられているので、この環状凹部によって規定される環状空間が流体溜として作用し、主としてスラスト動圧軸受部のための潤滑流体の溜として機能する。また、その外周面がテーパ状となっているので、この流体溜の潤滑流体はスラスト部の両端側に流動し、ロータの回転開始時にこの両端側の潤滑流体がスラスト動圧軸受部に供給されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う動圧流体軸受装置の一形態を備えたスピンドルモータの要部を示す断面図である。
【図２】図１に示す動圧流体軸受装置のスリーブ部材の要部を示す断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。
【図４】潤滑流体を注入した後の動圧流体軸受装置の状態を示す部分断面図である。
【図５】潤滑流体を注入した後にロータを短時間回動させたときの動圧流体軸受装置の状態を示す部分断面図である。
【図６】ある程度使用したときの動圧流体軸受装置の状態を示す部分断面図である。
【図７】ある程度長い期間使用したときの動圧流体軸受装置の状態を示す部分断面図である。
【図８】長期間使用したときの動圧流体軸受装置の状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２ベースプレート
４動圧流体軸受装置
６ロータ
２０軸部材
２２スリーブ部材
２４軸部
２６フランジ部
２８空気孔
３０スリーブ本体
３８キャップ部材
４４，４６ラジアル動圧軸受部
４８流体溜
５０，５２ラジアル動圧溝
５４，５６スラスト動圧軸受部
５８スラスト動圧溝
６８，７０送給孔
７２戻り孔
７４貫通孔
７６循環孔
８０環状流体溜
８４バンク部
８６摩耗粉回収溝

Claims

軸部およびこの軸部の一端側に半径方向外方に突出する円盤状フランジ部を有する軸部材と、該軸部とスリーブ嵌合するとともに前記フランジ部を囲繞し、前記軸部材に対して相対的に回転自在であるスリーブ部材と、該スリーブ部材と前記軸部材との間の間隙に充填された潤滑流体とを具備する動圧流体軸受装置において、
前記軸部の外周面およびこの軸部の外周面に対向する前記スリーブ部材の内周面の一方または両方には、その軸線方向に間隔を置いて一対のラジアル動圧溝が形成されて一対のラジアル動圧軸受部が形成され、
前記フランジ部の両面およびこの両面に対向する前記スリーブ部材の内周面の一方または両方には、一対のスラスト動圧溝が形成されて一対のスラスト動圧軸受部が形成され、
前記一対のラジアル動圧溝の少なくとも一方は、前記一対のスラスト動圧軸受部に向けて潤滑流体を流動するように、上記軸線方向にアンバランスに形成されており、
さらに、一端側の前記ラジアル動圧軸受部と他端側の前記スラスト動圧軸受部との間には、上記間隙間の潤滑流体の量が多いときには前記一端側のラジアル動圧軸受部から前記他端側のスラスト動圧軸受部への潤滑流体の流動量を調整し、前記間隙間の潤滑流体の量が少なくなると前記一端側のラジアル動圧軸受部と前記他端側のスラスト動圧軸受部との間の潤滑流体の流動を実質上阻止する流動調整手段が設けられていると共に、
前記ラジアル動圧軸受部の両側の少なくとも一方には、摩耗粉を回収するための摩耗粉回収溝が設けられていることを特徴とする動圧流体軸受装置。
前記流動調整手段は、前記軸部材と前記スリーブ部材との間隙を広くするバンク部から構成され、該バンク部が前記軸部材および前記スリーブ部材の一方または両方に設けられており、前記間隙間の潤滑流体の量が少なくなると、前記バンク部に空気が滞留することによって、前記一端側のラジアル動圧軸受部から前記他端側のスラスト動圧軸受部への潤滑流体の流動が阻止されることを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受装置。
前記軸部の外周面およびこの軸部材の外周面に対向する前記スリーブ部材の内周面の一方又は両方には、その軸線方向に間隔をおいて一対のラジアル動圧軸受部が形成され、この一対のラジアル動圧軸受部の間には、潤滑流体を溜めるための流体溜が設けられており、他端側の前記ラジアル動圧軸受部の前記ラジアル動圧溝が上記軸線方向にアンバランスに形成されており、上記間隙間の潤滑流体が多いときには前記他端側のラジアル動圧軸受部から前記一端側のラジアル動圧軸受部への潤滑流体の流動が許容されるが、上記間隙間の潤滑流体が少なくなると前記流体溜に空気が滞留することによって、前記他端側のラジアル動圧軸受部から前記一端側のラジアル動圧溝への潤滑流体の流動が阻止されることを特徴とする請求項１または２記載の動圧流体軸受装置。
前記軸部には、空気孔が設けられており、前記空気孔と前記一対のラジアル動圧軸受部とはそれぞれのラジアル動圧軸受部の他端側に開口された送給孔を介して連通されているとともに、前記空気孔と前記流体溜とは戻り孔を介して連通されていることを特徴とする請求項３記載の動圧流体軸受装置。
前記フランジ部の基部には、軸線方向に貫通する貫通孔と、前記フランジ部の外周面と前記貫通孔とを連通する循環孔が設けられており、前記一対のスラスト動圧軸受部は潤滑流体を半径方向外方に向けて流動し、前記フランジ部の外周面に流動した潤滑流体は、前記循環孔および前記貫通孔を通して前記一対のスラスト動圧軸受部に戻されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。
前記フランジ部の外周面には、前記スリーブ部材の対向する対向内周面との間隔が上記軸線方向両端から内側に向けてテーパ状に漸増する環状凹部が設けられ、前記循環孔の一端部は該環状凹部の底部に連通し、該環状凹部が潤滑流体の環状流体溜として機能することを特徴とする請求項５記載の動圧流体軸受装置。