JP3549367B2 - 動圧流体軸受装置及び電動機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長期使用時の潤滑液の補給が可能な動圧流体軸受装置、及びその動圧流体軸受装置を備えた磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体駆動用の精密小型モータとして特に適した電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図２は、動圧流体軸受の従来例についての断面図である。
【０００３】
この動圧流体軸受は、回転軸ａの外周面またはその回転軸ａを支承する円筒軸受ｂの内周面のいずれかに、方向の異なる一対ないし複数対のスパイラル状溝ｃを形成し、軸受ｂと回転軸ａとの間に作動流体としての油ｄを充填するようにして成る。
【０００４】
前記軸受ｂは、底部が閉塞された有底円筒状を成し、その周壁の内部には軸方向に延びる流通経路ｅが形成されている。流通経路ｅは、一端が外気と連通し他端がスパイラル状溝ｃの一端と連通している。更にこの流通経路ｅの一部分およびスパイラル状溝ｃの端部が作動流体である油ｄで満たされている。この流通経路ｅは全域が油で満されていなくとも、少なくとも連通孔ｆ，ｇの近傍と油溜めｈ，ｉ及びスパイラル溝ｃの近傍に油が満たされており、例えば連通孔ｆよりも一定程度液位が高くなるように満されており、しかもこれらの油が互いに繋がっておれば十分である。即ち、流通経路ｅは軸受ｂ内のスパイラル状溝ｃの端部を大気圧と連通させると共に油溜めを兼ねている。
【０００５】
以上のように構成されているので、スパイラル溝ｃの端部には、連通孔ｆ，ｇ及び流通経路ｅの油、連通孔ｊ並びに隙間ｋを経て常に大気圧を作用している。このため、上側のスパイラル溝ｃの上端開口側の端部ｃ１から油ｄが漏出したり蒸発したりすると、その不足分を、上側のスパイラル溝ｃの下端部を介して油溜めｉ又は流通経路ｅから補給することができる。
【０００６】
しかしながら、このように流通経路ｅの連通孔ｊを上側のスパイラル溝ｃの上方の隙間ｋに常に開口させようとすると、軸受の軸心方向の長さがその分長くなるので、特に薄型化の要請の強い記録媒体駆動用スピンドルモータ等に用いる上で改善が望まれる。また、流通経路ｅ内においても油ｄが外気に臨むため、潤滑油の蒸発量を増加させる要因ともなるため、この点についても改善が望まれる。
【０００７】
本発明は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑み行われたものであって、その目的とするところは、蒸発、遠心力、衝撃等により潤滑液が減少した場合に潤滑液が補充され、然も潤滑液の蒸発による減少が可及的に防がれるので、長期にわたる使用に適し、且つ、動圧流体軸受としての性能を損なうことなくその軸心方向の長さを可及的に短くして全体をコンパクト化することができる動圧流体軸受装置及びその動圧流体軸受装置を備えた電動機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の動圧流体軸受装置は、
軸体とその軸体に外嵌された軸受体との間隙に充填された潤滑液を介し、前記軸体と軸受体の一方に対し他方が相対回転自在に支持されてなる動圧流体軸受装置であって、
前記軸体と軸受体との間隙に、荷重支持部と、その荷重支持部の間隙よりも大きく、外気に臨まない潤滑液貯留間隙部を有し、
前記潤滑液貯留間隙部に開口する貯留間隙開口と、外気に臨む潤滑液の界面位置付近の潤滑液側に開口する界面付近開口とを有し、それらを連通する連通孔を、前記軸体内又は軸受体内に備えると共に、
前記連通孔の少なくとも貯留間隙開口及び界面付近開口並びにそれらの近傍部が、前記潤滑液貯留間隙部よりも実質上大きな断面であることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
軸体は、例えば、全体が略円柱形状をなすものとすることもでき、略円柱形状の軸部とその軸部から径方向外方へ張り出したスラスト板部とを有するものとすることもできる。軸受体は、例えば、軸体全体が略円柱形状をなすものである場合は有底円筒状をなすものとすることができ、軸体が略円柱形状の軸部とその軸部から径方向外方へ張り出したスラスト板部とを有するものである場合は、軸部のうちスラスト板部よりも基端側の部分にスリーブ嵌合した円筒状部とスラスト板部に外嵌した径方向内方開口の環状のスラスト溝部とを有してなるものとすることができる。
【００１０】
潤滑液としては、例えばスピンドル油等の各種潤滑油を用いることができる。
【００１１】
前記のように軸体全体が略円柱形状をなし、軸受体が有底円筒状をなし、軸体の先端面と軸受体の内底面の一方に対し他方が潤滑液を介して軸心方向に支持されるものである場合は、潤滑液の外気に臨む界面を軸体の基端側にのみ有する。一方、軸体と軸受体との間隙に充填された潤滑液の外気に臨む界面を、軸体の一端側及び他端側の両方に有するものとすることもできる。例えば、略円柱形状の軸部の両端が固定され、軸部の両端の間に径方向外方張り出しのスラスト板部を有する軸体に対し、軸部のうちスラスト板部よりも基端側の部分に軸受体の円筒状部がスリーブ嵌合し、軸受体における径方向内方開口の環状のスラスト溝部がスラスト板部に外嵌したものの場合、潤滑液の外気に臨む界面を軸体の一端側及び他端側の両方に有する。
【００１２】
軸体と軸受体の間隙のうち荷重支持部は、潤滑液を介して少なくとも主なラジアル荷重及びスラスト荷重を支持する部分である。荷重支持部における軸体の外面又は軸受体の内面には、ヘリングボーン溝やスパイラル溝等の動圧発生用の溝部を有するものとすることが望ましい。
【００１３】
軸体と軸受体の間隙のうち潤滑液貯留間隙部は、荷重支持部の間隙よりも大きく、外気に臨まないものであって、２個所以上あってもよい。この場合、貯留間隙開口及びその近傍部が潤滑液貯留間隙部よりも実質上大きな断面であるというのは、例えば潤滑液貯留間隙部と連通孔の貯留間隙開口のやや連通孔内方にかけて潤滑液が連続する場合に、その潤滑液の表面張力（毛細管現象）により潤滑液が潤滑液貯留間隙部側へ移動しようとするような状態を言う。界面付近開口についても同様である。連通孔は、貯留間隙開口及び界面付近開口を含む全体が潤滑液貯留間隙部よりも実質上大きな断面であるものとすることもできる。なお、連通孔は、回転のバランスを損なうことを避ける上で、前記軸体又は軸受体のうち固定側に設けることが望ましい。また、回転時の遠心力により潤滑液が連通孔内に流入することを避ける上では、連通孔は軸体に設けることが望ましい。連通孔の数は、２以上であってもよい。
【００１４】
潤滑液貯留間隙部の適切な径方向厚さは、潤滑液の種類及びその潤滑液貯留間隙部を形成する両面の材質及び面の状態等によって変化するが、小型スピンドルモータの場合の例としては、約５０μｍ程度の厚さを挙げることができる。
【００１５】
荷重支持部としては、軸体と軸受体が径方向に相対するラジアル軸受部と、同じく軸心方向に相対するスラスト軸受部が挙げられる。ラジアル軸受部は、標準的には軸心方向に間隔を置いて２ 箇所に有するが、１又は３以上であってもよい。潤滑液貯留間隙部は、複数のラジアル軸受部を有する場合に、ラジアル軸受部同士の間に有するものとすることができる（請求項２）。
【００１６】
軸体と軸受体との間隙に充填された潤滑液が蒸発、遠心力、衝撃等により潤滑液が減少した場合、潤滑液の外気に臨む界面が後退し、連通孔の界面付近開口が外気側に開口して潤滑液貯留間隙部が連通孔を介し外気に通じる。すると、潤滑液貯留間隙部内の潤滑液が、その潤滑液貯留間隙部よりも小さい間隙の荷重支持部側に補充され、潤滑液の外気に臨む界面が元の位置に戻って、連通孔の界面付近開口は潤滑液側に位置するようになる。
【００１７】
潤滑液貯留間隙部には潤滑液と気体（空気等）との界面が存在し、この潤滑液貯留間隙部における気体は連通孔内の気体（空気等）と連続している。通常の場合、連通孔及び潤滑液貯留間隙部と外気との間は潤滑液により塞がれているので、外気温の上昇等により連通孔及び潤滑液貯留間隙部における気体の温度が上昇して膨張すると、若干量の気体が外部へ出ようとし、逆に外気温の下降等により連通孔及び潤滑液貯留間隙部における気体の温度が下降して収縮すると、若干量の外気が連通孔内に入ろうとする。外気圧が低くなった場合又は高くなった場合も同様である。連通孔の界面付近開口は、外気に臨む潤滑液の界面位置付近の潤滑液側に開口するので、このような場合の気体の出入は、界面付近開口を通じて、バブリングにより行われることとなる。すなわち、気体は、連通孔側から外気側へ、又はこの逆向きに、潤滑液中を気泡の形で移動する。
【００１８】
界面付近開口は、潤滑液減少時に一時的に外気側に開口するが、常時は潤滑液側にあって塞がれているので、外気側から見れば潤滑液の外気との境界面は小さい。そのため、潤滑液の蒸発が低く抑えられ、蒸発による潤滑液の減少が可及的に防がれる。また、連通孔の界面付近開口は、外気に臨む潤滑液の界面位置付近の潤滑液側に開口し、別に開口のためのスペースを要しないので、動圧流体軸受装置の軸心方向の長さを可及的に短くすることができる。
【００２１】
なお、本発明の動圧流体軸受装置は、電動機の他、種々の機械器具に利用することができる。
【００２２】
次に、本発明の電動機は、上記の動圧流体軸受装置を備え、軸体又は軸受体がロータの一部として回転するものである。（請求項３）この電動機は、ハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクを始めとする記録媒体駆動装置用のスピンドルモータの他、種々の電動機として用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、その一例としての、動圧流体軸受装置を備えたハードディスク駆動用のスピンドルモータ（電動機）の模式的な断面図を示す図１を参照しつつ説明する。
【００２４】
スピンドルモータの基盤１０の嵌合孔に略円筒形状の固定スリーブ体１２の下端部が、例えば圧入又は接着剤による接着などにより嵌合固定されることによって、固定スリーブ体１２が立設固定されている。固定スリーブ体１２の下端部は、スラスト受板１４が固定されることによって閉塞され、これらの固定スリーブ体１２及びスラスト受板１４が、軸受体を構成する。
【００２５】
基盤１０の上側における固定スリーブ体１２の外周側には、ステータコイルが巻回されたステータコア１６が固定されている。
【００２６】
固定スリーブ体１２内には、椀形状のロータハブ１８の中央部に上端部（基端部）が固定されて内方に突出した回転軸体２０が嵌合している。ロータハブ１８の外周壁の内周面には円筒状のロータマグネット２２が内嵌固定され、ステータコア１６と径方向空隙を隔てて相対している。ロータは、回転軸体２０とロータハブ１８とロータマグネット２２からなる。ロータハブ１８の外周壁の外周面にはハードディスクが外嵌保持される。
【００２７】
固定スリーブ体１２及びスラスト板１４と回転軸体２０との間隙には、潤滑油２４が充填され、これらにより動圧流体軸受装置を構成している。
【００２８】
略円柱形状の回転軸体２０の下端面は、軸心方向に対し垂直なスラスト面２０ａに形成され、潤滑油２４を介してスラスト受板１４の上面と軸心方向に相対し、スラスト軸受部２６（荷重支持部）を構成している。
【００２９】
回転軸体２０の外周は、上端部が、上方に向かって縮径するテーパ部２０ｂ、上下中間部が、径方向外方に開口する環状凹部２０ｃに形成されている。テーパ部２０ｂと環状凹部２０ｃの間の回転軸体２０の外周面及び環状凹部２０ｃの下方の回転軸体２０の外周面と、固定スリーブ体１２の内周面とが、それぞれ潤滑油２４を介して径方向に相対することにより、上下ラジアル軸受部２８・３０（荷重支持部）を構成している。この上下ラジアル軸受部２８・３０における固定スリーブ体１２の内周部には、回転軸体２０の回転時に各ラジアル軸受部の軸心方向中央部に向かって潤滑液２４の圧力を高めるための動圧発生用ヘリングボーン溝３２・３４が設けられている。
【００３０】
環状凹部２０ｃと固定スリーブ体１２の内周面の間に、潤滑油貯留間隙部３６が形成されている。潤滑油貯留間隙部３６の径方向間隙の厚さは約５０μｍであって、上下ラジアル軸受部２８・３０及びスラスト軸受部２６における間隙（通常約２０μｍ）よりも大きく、潤滑油２４が環状凹部２０ｃの底面と固定スリーブ体１２の内周面の両面に接する状態で表面張力により保持される程度である。軸受としての機能上は、潤滑油貯留間隙部３６に潤滑油２４が存在することを必ずしも要しないが、潤滑油２４の存在により軸受としての機能に支障を来すものでもない。
【００３１】
潤滑油２４が外気に臨む界面は、回転軸体２０のテーパ部２０ｂと固定スリーブ体１２の内周面との間隙が上方（外気側）に向かって漸次拡大する間隙拡大部３８に位置する。この界面に臨む潤滑油２４は、潤滑油貯留間隙部３６に位置する潤滑油２４に連続しているので、間隙拡大部３８における潤滑油２４の界面のスパンは、潤滑油貯留間隙部３６の間隙程度以下に小さく維持されるので、それによって界面からの潤滑油２４のマイグレーションが防止される。
【００３２】
固定スリーブ体１２の内部には連通孔４０が設けられ、連通孔４０の一端である貯留間隙開口４０ａは固定スリーブ体１２の内周面のうち潤滑油貯留間隙部３６に開口し、他端である界面付近開口４０ｂは、固定スリーブ体１２の内周面のうち上ラジアル軸受部２８の上端に開口する。図１の例では、潤滑油貯留間隙部３６における貯留間隙開口４０ａが臨む部分に気体部分４２を有する。
【００３３】
連通孔４０内の断面は、貯留間隙開口４０ａ及び界面付近開口４０ｂを含めて、潤滑油貯留間隙部３６よりも実質上大きな断面に形成されている。すなわち、例えば貯留間隙開口４０ａを介して潤滑油貯留間隙部３６から連通孔４０のやや内方にかけて潤滑油２４が連続する場合、その潤滑油２４の表面張力（毛細管現象）により潤滑油２４は潤滑油貯留間隙部３６側へ移動しようとする。
【００３４】
回転軸体２０と固定スリーブ体１２及びスラスト板１４との間隙に充填された潤滑油２４が、蒸発、遠心力、衝撃等により減少した場合、潤滑油２４が外気に臨む界面は下方へ後退し、連通孔４０の界面付近開口４０ｂが外気側に開口して潤滑油貯留間隙部３６が連通孔４０を介し外気に通じる。すると、潤滑油貯留間隙部３６内の潤滑油２４が、その潤滑油貯留間隙部３６よりも小さい間隙の上ラジアル軸受部２８側に補充され、潤滑油２４の外気に臨む界面が上方へ移動して元の位置に戻り、連通孔４０の界面付近開口４０ｂは潤滑油２４側に位置するようになる。
【００３５】
潤滑油貯留間隙部３６には潤滑油２４と空気との界面が存在し、この潤滑油貯留間隙部３６における空気は連通孔４０内の空気と連続している。通常の場合、連通孔４０及び潤滑油貯留間隙部３６と外気との間は潤滑油２４により塞がれているので、外気温の上昇等により連通孔４０及び潤滑油貯留間隙部３６における空気の温度が上昇して膨張すると、若干量の空気が外部へ出ようとし、逆に外気温の下降等により連通孔４０及び潤滑油貯留間隙部３６における空気の温度が下降して収縮すると、若干量の外気が連通孔４０内に入ろうとする。外気圧が低くなった場合又は高くなった場合も同様である。このような場合、外気に臨む潤滑油２４の界面位置付近の潤滑油２４側に開口する界面付近開口４０ｂを通じてバブリングにより空気の出入が行われ、内外の圧力が調整される。
【００３６】
界面付近開口４０ｂは、潤滑油４２の減少時に一時的に外気側に開口するが、常時は潤滑油２４側にあって塞がれているので、外気側から見れば潤滑油２４の外気との境界面は小さい。そのため、潤滑油４２の蒸発が低く抑えられ、蒸発による潤滑油２４の減少が可及的に防がれる。
【００３７】
また、連通孔４０の界面付近開口４０ｂは、外気に臨む潤滑油２４の界面位置付近の潤滑油２４側に開口し、別に開口のためのスペースを要しないので、この動圧流体軸受装置及びスピンドルモータの軸心方向の長さを可及的に短くしてコンパクト化することができる。
【００３８】
なお、以上の実施の形態についての記述における上下位置関係は、単に図に基づいた説明の便宜のためのものであって、実際の使用状態等を限定するものではない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の動圧流体軸受装置又は電動機によれば、蒸発、遠心力、衝撃等により潤滑液が減少した場合、潤滑液の外気に臨む界面が後退し、連通孔の界面付近開口が外気側に開口して潤滑液貯留間隙部が連通孔を介し外気に通じるので、潤滑液貯留間隙部内の潤滑液が、その潤滑液貯留間隙部よりも小さい間隙の荷重支持部側に補充される。そのため、長期にわたる使用においても、潤滑液不足により軸体又はスリーブ体の回転が不安定になったり荷重支持部が損傷すること等の不都合が防がれる。
【００４０】
また、界面付近開口は、潤滑液減少時に一時的に外気側に開口するが、常時は潤滑液側にあって塞がれているので、潤滑液の蒸発が低く抑えられ、蒸発による潤滑液の減少が可及的に防がれる。
【００４１】
更に、温度変化や外気圧の変化により連通孔内の気体が膨張又は収縮する場合は、連通孔と外部との間で界面付近開口を通じて、バブリングにより気体の出入が行われ、内外の圧力が調整される。
【００４２】
また更に、連通孔の界面付近開口は、外気に臨む潤滑液の界面位置付近の潤滑液側に開口し、別に開口のためのスペースを要しないので、動圧流体軸受としての性能を損なうことなくその軸心方向の長さを可及的に短くして全体をコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動圧流体軸受装置を備えたハードディスク駆動用のスピンドルモータの模式的な断面図である。
【図２】従来の動圧流体軸受の断面図である。
【符号の説明】
１２ 固定スリーブ体
１４ スラスト板
２０ 回転軸体
２４ 潤滑油
２８ 上ラジアル軸受部
３６ 潤滑油貯留間隙部
４０ 連通孔
４０ａ 貯留間隙開口
４０ｂ 界面付近開口

Claims (3)

1. 軸体とその軸体に外嵌された軸受体との間隙に充填された潤滑液を介し、前記軸体と軸受体の一方に対し他方が相対回転自在に支持されてなる動圧流体軸受装置であって、
   前記軸体と軸受体との間隙に、荷重支持部と、その荷重支持部の間隙よりも大きく、外気に臨まない潤滑液貯留間隙部を有し、
   前記潤滑液貯留間隙部に開口する貯留間隙開口と、外気に臨む潤滑液の界面位置付近の潤滑液側に開口する界面付近開口とを有し、それらを連通する連通孔を、前記軸体内又は軸受体内に備えると共に、
   前記連通孔の少なくとも貯留間隙開口及び界面付近開口並びにそれらの近傍部が、前記潤滑液貯留間隙部よりも実質上大きな断面であることを特徴とする動圧流体軸受装置。
2. 複数のラジアル軸受部を有し、潤滑液貯留間隙部をラジアル軸受部同士の間に有する請求項１記載の動圧流体軸受装置。
3. 請求項１又は２記載の動圧流体軸受装置を備え、軸体又は軸受体がロータの一部として回転する電動機。

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