JP3639374B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑剤に動圧を発生させ、その動圧により固定部材に対して回転部材を支持するように構成した動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ等の各種装置において、特に高速回転に対応し得るようにオイル等の潤滑剤の動圧を利用した動圧軸受装置が種々検討され提案されている。この動圧軸受装置においては、固定部材側の動圧面と回転部材側の動圧面とが対向配置されているとともに、これら両対向動圧面のうちの少なくとも一方側に動圧発生用溝が形成されており、上記回転部材と固定部材との両対向面間に介在された所定のオイル等の潤滑剤が、回転部材の回転時に動圧発生用溝のポンピング作用により昇圧され、当該潤滑剤の動圧によって回転部材の回転支持が行われるようになっている。
【０００３】
このように動圧軸受装置は、オイル等の潤滑剤（以下、単に潤滑剤という。）を軸受部内に有しており、その潤滑剤の保持構造によって次の３つの型式に一般に大別することができる。
１）部分潤滑剤構造（例えば、特開平６−１７８４９２号公報参照）
これは、潤滑剤が軸受部分のみに充填されており、軸受どうしの間に空気層を設けた構造であって、最も単純な動圧軸受構造である。
２）潤滑剤循環構造（例えば、米国特許４，７９５，２７５参照）
これは、軸受どうしの間も潤滑剤で満たしておき、軸受端どうしを循環孔で繋げた構造であって、回転時に発生する内部の圧力差（差圧）を解消するように潤滑剤を循環移動させる構造である。この構造によれば、潤滑剤の量を十分に確保して長寿命化を図ることが可能となるとともに、潤滑剤の内部圧力差（差圧）を循環孔により常に解消しているため、潤滑剤の外部漏れを防止する点においても有利である。
３）片袋保持構造（例えば、米国特許５，４２７，４５６参照）
軸受部の軸方向一端側を壁で閉塞して袋状の軸受空間を形成し、その軸受空間が外気と繋がる出口部を一個所とした構造であって、潤滑剤の圧力差を片袋構造により支えるように構成したものである。この構造によれば、潤滑剤の移動が防止されるため、簡易で低コストな動圧軸受構造を得ることができるとともに、長寿命化と潤滑剤漏れ防止との双方が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の各動圧軸受構造のうち、１）の「部分潤滑剤構造」においては、潤滑剤の注入量管理が難しい上に、軸受部内のスペースが小さいために潤滑剤の絶対量が少なくなってしまい絶対寿命が短いという問題がある。また、これを解消するために潤滑剤の充填スペースを拡大して潤滑剤の量を増やすと、今度は潤滑剤が漏れ易くなってしまう。さらに、軸受どうしの間にある空気層が気圧及び温度の変化によって体積膨張及び縮小することから潤滑剤の移動・漏れが生じ易く、これを防止するために外部に繋がる孔を設ける等の対策が必要となる。
【０００５】
また、上述した２）の「潤滑剤循環構造」においては、循環孔を設けるために構造が複雑化してしまい、従って量産性に乏しく、製造コストも高くなるという問題がある。
【０００６】
さらに、上述した３）の「片袋保持構造」では、片袋状の軸受部を作る結果として、いわゆる軸回転型及び軸固定型のいずれの軸受構造であっても、軸部材が片持ち構造に限られてしまい、そのため用途が限定されるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、簡易で低コストな構造で、潤滑剤漏れを良好に防止しつつ長寿命化を図ることができ、しかも適用性の広い動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、まず、１）潤滑剤漏れを防止する条件、２）長寿命化を可能とするための条件、及び３）低コストで量産性を良好とするための条件のそれぞれについて必要な点を考えてみる。
【０００９】
１）潤滑剤漏れを防止するための条件。
1-1. 潤滑剤の外部漏れを防止するためには、まず潤滑剤の液面位置が固定部材と回転部材との間の狭い隙間内にあることが必要である。
これは、回転及び停止の双方の状態を含むのは勿論、温度・気圧が変化した状態、全ての姿勢状態、振動・衝撃が加わった状態、潤滑剤の注入量のばらつき及び蒸発などによる量変化した状態等、仕様内のあらゆる状態に対して必要な条件である。
【００１０】
特に、動圧軸受に対して大きな慣性力が負荷された場合には、毛細管力や磁気力によるシール力だけでは潤滑剤を保持することが難しくなるため、その場合には、潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力を潤滑剤保持力の主とする必要がある。そしてこの潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力を大きくするためには、潤滑剤の表面位置における隙間を一定以下に狭くする必要である。
【００１１】
さらに、上述したように潤滑剤の液面位置が常に狭い隙間内にあるためには、ａ．潤滑剤の液面位置及び量が、上述したいずれの状態にあっても大きく変動しないこと、
ｂ．潤滑剤の注入時における液面位置を管理・調整することができ、簡単に指定の位置内とすることができること、
ｃ．狭い隙間内における液面指定位置の前後に、ある程度の体積的余裕があること、
などが必要となる。
【００１２】
1-2. 潤滑剤の外部漏れを防止するための次の条件としては、停止時において、毛細管シール力が働く状態になっていることがある。つまり、潤滑剤を軸受内部の所定の位置に維持する力としての毛細管力による引戻力が、連続的に作用していることが必要である。
【００１３】
1-3. さらに潤滑剤の外部漏れを防止するためには、回転時において潤滑剤の内部差圧が解消されており、バランスがとれた状態であることを要する。
つまり、回転時に発生する動圧力又は遠心力によって潤滑剤内に圧力差が生じることとなるが、この圧力差は一般にシール圧力よりもかなり大きくなってしまい、例えば、２つの出口部どうしの間で潤滑剤に圧力差があると、その圧力差が解消されるまで潤滑剤が移動して外部漏れの原因となることがある。すなわち、潤滑剤の外部漏れを防止するためには、潤滑剤の僅かな移動量だけで上述した圧力差が解消され、バランスが取れるようにした構造、或は、片袋保持構造のように圧力差を支えられる構造とすることが必要である。
【００１４】
また外気に繋がる出口部の付近は、潤滑剤が濡れ拡散しない条件、例えば種々の環境条件下においても潤滑剤の接触角が０度とならないような部分を、各出口部の外側に設けておく等の対策を施しておくことが潤滑剤漏れを防止するために必要である。
【００１５】
２）長寿命化を可能とするための条件。
長寿命化を図るためには、まず、軸受部内に充填された潤滑剤の容量の何倍かの量の潤滑剤が余裕分として保持されていることが必要である。これは、軸受の使用により潤滑剤に摩耗粉が混入したり、化学的変化を生じたり、蒸発や漏れなどが、材料・条件により程度の差はあるものの必ず生じ、これらを原因として潤滑剤の劣化・減少を招来するからである。従って、動圧軸受の長寿命化は、どの程度の余裕潤滑剤を内部に保持できるかが目安となるとともに、蒸発や漏れなどによる潤滑剤の減少をいかに少なくできるかがポイントとなる。
【００１６】
３）低コストで量産性を良好とするための条件。
これを達成するためには、当然のことであるが、できるだけ簡易な構造とすることが重要である。
【００１７】
このようなことから、本発明にかかる動圧軸受装置は、固定部材に対して回転部材を回転可能に支承する少なくとも２つの動圧軸受部が、一連の軸受空間を画成するように軸方向に併設されているとともに、上記各動圧軸受部を構成する固定部材及び回転部材の少なくとも一方側に、前記軸受空間内に充填された潤滑剤に動圧を発生させる動圧発生手段が設けられた動圧軸受装置において、上記軸方向に併設された動圧軸受部を含む軸受空間の両端部分には、前記固定部材と回転部材との間の隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部が、前記動圧軸受部を両側から挟むように設けられ、それらの各毛細管シール部の隙間を形成している内周壁が、上記隙間の寸法を軸方向外方に向かって連続的に拡大する傾斜壁に形成されているとともに、前記潤滑剤は、上記動圧軸受部を含む２箇所の毛細管シール部どうしの間の軸受空間内に連続して充填され、かつ、上記動圧軸受部の動圧発生手段は、前記軸受空間の一方側に向かう所定の差圧を潤滑剤に生じさせ、当該潤滑剤を軸受空間の一方側に移動させるように非対称な形状に形成され、前記２箇所の毛細管シール部のうち、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部は、前記動圧発生手段による差圧で上記潤滑剤が軸方向の一方側に移動させられたときの偏位分を許容する隙間内容量を備えるように、当該下流側の毛細管シール部を形成している前記固定部材と回転部材との間の隙間寸法が設定されたものであって、前記回転部材が回転したときに動圧軸受部により生じさせられる差圧によって潤滑剤が軸方向に所定量移動され、前記動圧軸受部のいずれかの動圧発生手段の一部から潤滑剤が消失することによって上記差圧が解消されるとともに、潤滑剤の軸方向移動による偏位分が、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部によって受け入れられる構成になされている。
【００１８】
そしてこの動圧軸受装置によれば、まず、潤滑剤の液面位置が、固定部材と回転部材との間の狭い隙間からなる毛細管シール部内に存在し、停止時において、毛細管シール力が常時働く状態になっており、この毛細管シール力に基づく引戻力によって潤滑剤が内部側所定の位置に保持される。一方、大きな慣性力Ｇが負荷された場合には、潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力が狭い隙間からなる毛細管シール部に発生し、これにより潤滑剤の外部拡散が防止される。
【００１９】
回転時においては、動圧軸受部で潤滑剤に対して意図的に差圧が生じさせられ、この潤滑剤の差圧を解消するように潤滑剤の移動が僅かに行われてバランス状態になされるため、回転時における潤滑剤の外部拡散が防止されるようになっている。
【００２０】
さらに、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部の隙間内容量が、潤滑剤の移動による偏位分を許容する容量に設定されているため、潤滑剤の漏れを防止することができる。
【００２１】
加えて、このような漏れ防止作用を有する毛細管シール部が、固定部材と回転部材との間の狭小隙間により簡易に構成されているため、製作の容易化が図られ生産性が向上されるようになっている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、いわゆる両端軸固定型のＨＤＤスピンドルモータに適用した実施形態について図面により詳細に説明する。
まず、図１に示めされたＨＤＤスピンドルモータの全体構造を説明すると、このＨＤＤスピンドルモータは、固定部材としてのステータ組１と、このステータ組１に対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロータ組２とから構成されている。このうちステータ組１は、図示省略した固定基台側にネジ止めされるフレーム１１を有しているとともに、このフレーム１１の略中央部分に立設された固定軸１２が、図示上方に向かって延びている。この固定軸１２の先端部（図示上端部）は、図示を省略した固定基台に対してネジ止めされる。
【００２３】
また、上記フレーム１１は、中空円筒状の支持ホルダー１３を有しており、この支持ホルダー１３の外周にステータコア１４が嵌着されており、当該ステータコア１４の突極部に対して巻線１５が巻回されている。
【００２４】
一方、前記ロータ組２は、図示を省略した所定の記録媒体を支持するためのハブ２１を有しており、このハブ２１は、当該ハブ２１の中心部分に配置された一対のラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂを介して上記固定軸１２の外周側に回転自在に支承されている。
【００２５】
上記ハブ２１は、磁気ディスク等の磁気記録媒体を外周部に装着する略円筒形状の胴部２１ａを有しているとともに、この胴部２１ａの内周側に、バックヨーク２１ｂを介して駆動マグネット２１ｃが環状に装着されている。この駆動マグネット２１ｃは、前述したステータコア１４の外周端面に対して環状に対向するように近接配置されている。
【００２６】
また、上記一対のラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂは、ハブ２１の内周側に当該ハブ２１と一体に形成されており、軸方向に所定間隔離して並列するように配置されている。これらの各ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂの内周面と、前記固定軸１２の外周面とは、数μｍの隙間を介して対向配置されている。
【００２７】
そして、上記各ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂと固定軸１２との両対向面のうち、少なくとも一方側には、図２に示されているようなヘリンボーン形状のラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂが環状に並列するように凹設されているとともに、上記両対向面間には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤２４が介在されており、前記ハブ２１の回転時に、ラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂのポンピング作用によって潤滑剤２４が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑剤２４に生じさせられた動圧によって、ハブ２１がラジアル方向に軸支持されるように構成されている。上記ラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂのヘリンボーン形状については後述する。
【００２８】
本実施形態における上記潤滑剤２４としては、当該潤滑剤２４の寿命と良好な軸受特性とを両立し得るように、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）又はペンタエリスリトール（ＰＥ）と、炭素数５〜１８の直鎖又は分岐脂肪酸とをエステル化した構造のオイルが使用されており、その中でも、特に、蒸発率が１０-7ｇ／h・cm2（at 40℃）以下で、粘度が３０ｃＰ（at 40℃）以下のオイルが用いられている。
【００２９】
なお、このような潤滑剤２４を軸受内部に注入するにあたっては、組立が完了したモータを一旦真空室内に入れ、その真空引きした状態で毛細管力又は外部大気圧を利用して行う。このようにすれば、含有空気率が低い状態で軸受内部全体に潤滑剤２４を満たすことが可能となる。
【００３０】
さらに、上記固定軸１２の先端側（図示上端側）の途中部分には、２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成するリング状のスラスト板１６が固着されている。このスラスト板１６により構成される２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂは、図示上側に配置されたラジアル動圧軸受部２２ａの図示上側に隣接するように配置されている。
【００３１】
すなわち、上記スラスト板１６の図示下面側は、図示上側に配置されているラジアル動圧軸受部２２ａの端面（図示上端面）に対面するように配置されているとともに、スラスト板１６の図示上端面は、前記ハブ２１の中央部分にネジ止めされたスラスト押え板２５の端面（図示下端面）に対面するように配置されており、当該スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成するスラスト板１６の軸方向両端面には、図４に示されているようなヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝１７がそれぞれ環状に形成されている。
【００３２】
また、上記スラスト板１６とラジアル動圧軸受部２２ａとの対向面どうしの間、及びスラスト板１６とスラスト押え板２５と対向面どうし間の各隙間部分には、上述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂ側の潤滑剤２４が連続するようにして充填されており、上記ハブ２１の回転時に、スラスト動圧発生用溝１７のポンピング作用によって潤滑剤２４が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑剤２４に生じさせられた動圧によってハブ２１がスラスト方向に軸支持されるように構成されている。
【００３３】
このとき、上記スラスト押え板２５は、上述した各動圧軸受部の組付後にハブ２１に対して接合されるが、前記潤滑剤２４の充填部分に臨む接合部は、このスラスト押え板２５による接合部のみであって、潤滑剤２４の充填部分に対するその他の部位は一体に成形されて密閉性を確保している。
【００３４】
このスラスト押え板２５とハブ２１との接合部は、潤滑剤２４の注入前に、接着剤によって完全密閉構造となるように接合され、これによって潤滑剤２４に対する密閉性が良好に確保されている。この接合部に充填される接着剤は、当該接合部に形成された環状案内溝（図示省略）の毛細管力によって、接合部全周にわたって切れ目なく連続的に充填されるようになっており、これによって密閉構造が完全化される。
【００３５】
また、上記スラスト押え板２５には、外側（図示上側）から吸収布２６を介して薄板状のストッパー板２７が設けられており、これら吸収布２６及びストッパー板２７によって、最悪の場合でも、潤滑剤２４の外部飛散が防止されるようになっている。
【００３６】
上述した２つのラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂ、及び２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂは、軸方向に延びる一連の軸受空間を画成するように併設されており、これら４つの動圧軸受部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを含む軸受空間の軸方向両端部分には、前記固定軸１２と回転側の部材２２ｂ，２５との隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部３１ａ，３１ｂが、前記４つの動圧軸受部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを軸方向両側から挟むように設けられている。
【００３７】
これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂのうち、図示下側の毛細管シール部３１ｂは、図示下側に配置されたラジアル動圧軸受部２２ｂの一部に設けられており、より具体的には、当該ラジアル動圧軸受部２２ｂの軸方向外端部分（図示下端部分）の内周壁と、前記固定軸１２の外周面との隙間を狭小にすることによって形成されている。従って、この図示下側の毛細管シール部３１ｂを構成する狭小隙間は、図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂの軸受部を構成する隙間に対して直接的に連通されているとともに、この毛細管シール部３１ｂとラジアル動圧軸受部２２ｂとの連通部分には、隙間を拡大するような凹部は設けられていない。
【００３８】
一方、図示上側の毛細管シール部３１ａは、スラスト動圧軸受部１６ａを構成するスラスト押え板２５と固定軸１２との間の隙間により形成されており、前述したスラスト押え板２５の内周壁と固定軸１２の外周面との間の隙間を狭小にすることによって形成されている。
【００３９】
これら図示上下両側の各毛細管シール部３１ａ，３１ｂは、当該毛細管シール部３１ａ，３１ｂを構成する狭小隙間が図示上下の外方に開口するように軸方向に沿って設けられている。そして、これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂの狭小隙間を構成するように固定軸１２側に各々対面しているスラスト押え板２５の内周壁、及び図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂの内周壁は、軸方向外方に向かって上記隙間の寸法を連続的に拡大するように傾斜壁に形成されており、この連続的に拡大している狭小隙間の寸法が、２０μｍから３００μｍとなっている部位を毛細管シール部３１ａ，３１ｂとしている。また、これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂの外方部分には、潤滑剤２４の外部拡散による漏れを防止するための撥油が被着された部位がそれぞれ設けられている。
【００４０】
前述したように、４つの動圧軸受部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを含む上記２箇所の毛細管シール部３１ａ，３１ｂどうしの間の軸受空間部分には、潤滑剤２４が連続して充填されており、その潤滑剤２４の図示上下端における各液面位置が、モータ停止時においては、図３及び図５中にそれぞれ実線Ａ，Ｂで示されているように、各毛細管シール部３１ａ，３１ｂの内部所定位置となるように設定されている。
【００４１】
また、モータ回転時においては、潤滑剤２４の両液面のうち、図示上端側の液面の位置が、図５中の破線Ａ’で示されているように、図示上側の毛細管シール部３１ａ内に保持されているとともに、図示下端側の液面位置は、図３中の破線Ｂ’で示されているように、図示下側に配置されているラジアル動圧軸受部２２ｂ内に引き込まれた位置に設定されている。このような潤滑剤２４の移動については後述する。
【００４２】
一方、上述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂにおけるヘリンボーン形状の各動圧発生用溝２３ａ，２３ｂは、図２に示されているように、当該ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂの軸方向両端部から中心側で合流するようにして「く」の字状に延びる一対の傾斜溝を環状に並列することにより構成されている。各動圧発生用溝２３ａ，２３ｂを構成する各傾斜溝は、数μｍの溝深さに形成されており、軸方向両端側から中心側に向かって潤滑剤２４を加圧するようなっている。
【００４３】
このとき、図示上側のラジアル動圧軸受部２２ａでは、一対の動圧発生用溝２３ａ，２３ａどうしが、ほぼ同一の軸方向長さＬａにそれぞれ設定されており、これによって図示上側の動圧発生用溝２３ａによる図示下側方向への加圧力と、図示下側の動圧発生用溝２３ａによる図示上側への加圧力とがほぼ等しくなって、軸方向両端側から中心側に向かう加圧力がほぼバランスするように構成されている。
【００４４】
これに対して、軸方向における最外部分に配置された図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂでは、一対の動圧発生用溝２３ｂ，２３ｂのうち、軸方向外側（図示下側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ1が、軸方向内側（図示上側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ2より長く設定されている（Ｌｂ1＞Ｌｂ2）。すなわち、このような軸方向に非対称な溝形状に形成されていることによって、図示下側の傾斜溝による上方加圧力が、図示上側の傾斜溝による下方加圧力を上回り、軸方向一方側（図示上側）に向かって所定の差圧を潤滑剤２４に生じさせる構造になされている。
【００４５】
このようにラジアル動圧軸受部２２ｂによって潤滑剤２４に生じさせられる差圧により、潤滑剤２４は図示上側に向かって移動して偏位することとなるが、この潤滑剤２４の移動方向下流側（図示上側）の毛細管シール部３１ａは、図５に示されているように、潤滑剤２４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されており、上述したように、モータ回転時においても潤滑剤２４の液面位置が毛細管シール部３１ａ内に保持されるようになっている(図５中の破線Ａ’参照）。
【００４６】
より具体的には、この潤滑剤２４の移動方向下流側（図示上側）の毛細管シール部３１ａは、０．５ｍｍ以上の軸方向長さに設定されているとともに、当該毛細管シール部３１ａの隙間内容量又は軸方向長さが、潤滑剤２４の移動により当該潤滑剤２４が減少する側（図示下側）の毛細管シール部３１ｂの隙間内容量又は軸方向長さの３倍以上に設定されている。また、この潤滑剤２４の移動による当該潤滑剤２４の偏位分を許容する側の毛細管シール部３１ａにおける隙間寸法は、潤滑剤２４の移動により当該潤滑剤２４が減少する側の毛細管シール部３１ｂの実質的な隙間寸法、すなわちラジアル動圧軸受部２２ｂにおける動圧発生用溝２３ｂを含めた隙間寸法より大きく設定されている。これは、潤滑剤２４の注入量の増減に対する余裕を持たせるとともに、潤滑剤２４の移動や蒸発による潤滑剤２４の減少に対して量的な余裕を持たせるためである。
【００４７】
一方、前述したように、潤滑剤２４の移動方向上流側（図示下側）の毛細管シール部３１ｂは、ラジアル動圧軸受部２２ｂの軸方向外端部分（図示下端部分）に設けられているため、潤滑剤２４が上述した差圧により図示上側に向かって移動して偏位した際には、図３中の破線Ｂ’で示されているように、当該図示下側の毛細管シール部３１ｂ内の潤滑剤２４の全部が消失し、かつラジアル動圧軸受部２２ｂ内の潤滑剤２４における図示下側の一部が消失するように構成されている。
【００４８】
より具体的には、ハブ２１が回転したときの上述した差圧による潤滑剤２４の移動により、図示下側の動圧発生用溝２３ｂの軸方向長さＬｂ1の約１／４の長さにわたって潤滑剤２４が枯渇し、図示下側の動圧発生用溝２３ｂに残された潤滑剤２４の軸方向長さＬｂ3が、図示上側の動圧発生用溝２３ｂの軸方向長さＬｂ2とほぼ等しくなる位置まで液面が上昇する。そして、潤滑剤が枯渇した分、図示下側の動圧発生用溝２３ｂで発生する動圧力が低下して差圧が解消するようになっている。
【００４９】
また、この軸方向最外部に配置されている図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂは、潤滑剤２４が枯渇・消失する部位に、当該部位における隙間を他の部位の隙間より大きくする窪み部２８が形成されており、この窪み部２８によって、潤滑剤２４の枯渇・消失時においても、衝撃等による急激な大負荷力によってラジアル動圧軸受部２２ｂの内周面が固定軸１２の外周面に接触することのないように構成されている。この窪み部２８としては、図３に示されているような段部形状として、隙間を２μｍ程度大きしたものや、テーパ形状として最外端部における隙間を０．５μｍないし３μｍ程度大きくなるようにしたもの等が考えられる。
【００５０】
図１に戻って、上述した図示上側の毛細管シール部３１ａの軸方向外側（図示上側）には、当該毛細管シール部３１ａに対して軸方向に連続するようにして潤滑剤注入部３２が設けられている。この潤滑剤注入部３２は、毛細管シール部３１ａを構成している狭小隙間に連続する拡大隙間からなっており、前記固定軸１２側に対面しているスラスト押え板２５の内周壁を、毛細管シール部３１ａを構成している傾斜壁よりもさらに大きい開角で傾斜させることによって形成されている。
【００５１】
この潤滑剤注入部３２を構成する傾斜壁は、軸方向に向かって潤滑剤２４が良好に進入して行くように、７０度以下の開角に形成されているとともに、当該潤滑剤注入部３２の軸方向最外端における隙間が４００μｍ以上となるように設定されている。また、この潤滑剤注入部３２の隙間内容量は、前述した２つの毛細管シール部３１ａ，３１ｂどうしの間を結ぶ軸受空間の内容量より大きく設定されており、これによって、潤滑剤２４の全量を、一旦、潤滑剤注入部３２内に注入することができ、以後は毛細管力によって内部側（図示下側）に案内されていき、大気開放によって軸受空間の全長にわたって潤滑剤２４が満たされるようになっている。
【００５２】
また、前述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂどうしの軸方向間部分には、内周面を窪ませることによって固定軸１２との隙間を拡大してなる潤滑剤溜り部３３が設けられている。本実施形態における潤滑剤溜り部３３の隙間寸法は、ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂにおける軸受隙間寸法の３倍以上又は４０μｍ以上に設定されている。これは、軸受部に対して潤滑剤２４に量的余裕をもたせるように一定量以上の潤滑剤２４を潤滑剤溜り部３３内に確保して長寿命化を図るためである。
【００５３】
このような実施形態装置によれば、まず、潤滑剤２４からなる潤滑剤２４の液面位置が、固定軸１２と回転側部材２５，２２ｂとの間の狭隙間からなる毛細管シール部３１ａ，３１ｂ内に存在するため、回転時にはもちろん停止時においても毛細管シール力が常時働く状態になっており、この毛細管シール力に基づく引戻力によって、潤滑剤２４が内部側の所定位置に保持される。
【００５４】
一方、大きな慣性力が負荷された場合には、潤滑剤２４の流体粘性抵抗による動圧力が狭隙間からなる毛細管シール部３１ａ，３１ｂに生じ、その潤滑剤２４の流体粘性抵抗による動圧力が保持力の主となって、潤滑剤２４の外部拡散が防止される。
【００５５】
回転時においては、ラジアル動圧軸受部２２ｂで潤滑剤２４に対して意図的に差圧が生じさせられ、この潤滑剤２４の差圧を解消するように潤滑剤２４の移動が僅かに行われてバランス状態になされる。このようなバランスによって回転時における潤滑剤２４の外部拡散が防止される。
【００５６】
さらに、潤滑剤２４の移動方向下流側の毛細管シール部３１ａが、潤滑剤２４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されているため、潤滑剤２４の漏れが防止される。
【００５７】
また、当該発明による毛細管シール部３１ａ，３１ｂは、傾斜面による簡易な構成を有しているため、製作の容易化が図られ生産性が向上される。
【００５８】
一方、図６に示されている実施形態は、軸方向に併設された２つのラジアル軸受部４２ａ，４２ｂを有する動圧軸受装置に対して本発明を適用したものであって、軸部材４０と円筒状部材４１とが、２つのラジアル軸受部４２ａ，４２ｂを介して相対回転可能に支承されている。
【００５９】
上記２つのラジアル軸受部４２ａ，４２ｂは、円筒状部材４１側に固定されており、各ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂと軸部材４０との両対向面のうち、少なくとも一方側には、例えば図示展開図のようなヘリンボーン形状のラジアル動圧発生用溝４３ａ，４３ｂが環状に並列するように凹設されているとともに、上記両対向面間には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤４４が介在されている。
【００６０】
すなわち、上記２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂは、軸方向に延びる一連の軸受空間を画成するように併設されており、これら２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂを含む軸受空間の軸方向両端部分には、当該ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂと軸部材４０と隙間からなる２箇所の毛細管シール部４５ａ，４５ｂが、前記２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂを軸方向両側から挟むように設けられている。
【００６１】
すなわち、上記各毛細管シール部４５ａ，４５ｂは、図示上下にそれぞれ配置された各ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂの一部に設けられており、従って、これらの各毛細管シール部４５ａ，４５ｂを構成する狭小隙間は、各ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂの軸受部を構成する隙間に対して直接的に連通されているとともに、各毛細管シール部４５ａ，４５ｂとラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂとの連通部分には、隙間を拡大するような凹部は設けられていない。
【００６２】
これら図示上下両側の各毛細管シール部４５ａ，４５ｂは、当該毛細管シール部４５ａ，４５ｂを構成する狭小隙間が図示上下の外方に開口するように軸方向に沿って設けられている。そして、これらの各毛細管シール部４５ａ，４５ｂの狭小隙間を構成するように固定の軸部材４０側に各々対面しているラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂの内周壁は、軸方向外方に向かって隙間寸法を連続的に拡大する傾斜壁に形成されている。
【００６３】
前述したように、２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂを含む上記２箇所の毛細管シール部４５ａ，４５ｂどうしの間の軸受空間部分には、潤滑剤４４が連続して充填されており、その潤滑剤４４の図示上下端における各液面位置が、停止時においては、図中にそれぞれ実線Ａ，Ｂで示されているように、各毛細管シール部４５ａ，４５ｂの内部所定位置となるように設定されている。
【００６４】
また、回転時においては、潤滑剤４４の両液面のうち、図示上端側の液面の位置が、図中の破線Ａ’で示されているように、図示上側の毛細管シール部４５ａ内に保持されるとともに、図示下端側の液面位置は、図中の破線Ｂ’で示されているように、図示下側に配置されているラジアル動圧軸受部４２ｂ内に引き込まれた位置に設定されている。このような潤滑剤４４の移動は、上述した実施形態と同様に、図示下側のラジアル動圧発生用溝４３ｂの「く」の字状のヘリングボーン形状が軸方向に非対称な形状に形成され、それにより潤滑剤に差圧が生じるからである。
【００６５】
すなわち、図示上側のラジアル動圧軸受部４２ａでは、一対の動圧発生用溝４３ａ，４３ａどうしが、ほぼ同一の軸方向長さＬａにそれぞれ設定されており、これによって、軸方向両端側から中心側に向かう加圧力がほぼバランスするように構成されている。これに対して、図示下側のラジアル動圧軸受部４２ｂでは、一対の動圧発生用溝４３ｂ，４３ｂのうち、軸方向外側（図示下側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ1が、軸方向内側（図示上側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ2より長く設定されており（Ｌｂ1＞Ｌｂ2）、このような軸方向に非対称な溝形状に形成されていることによって、図示下側の傾斜溝による上方加圧力が、図示上側の傾斜溝による下方加圧力を上回り、軸方向一方側（図示上側）に向かって所定の差圧を潤滑剤４４に生じさせる構造になされている。
【００６６】
このようにラジアル動圧軸受部４２ｂによって潤滑剤４４に生じさせられる差圧により、潤滑剤４４は図示上側に向かって移動して偏位することとなるが、この潤滑剤４４の移動方向下流側（図示上側）の毛細管シール部４５ａは、潤滑剤４４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されている。従って上述したように、回転時においても、潤滑剤４４の図示上端側の液面位置は毛細管シール部４５ａ内に保持される（図６中の破線Ａ’参照）。
【００６７】
一方、前述したように、潤滑剤４４の移動方向上流側（図示下側）の毛細管シール部４５ｂは、ラジアル動圧軸受部４２ｂの軸方向外端部分（図示下端部分）に設けられているため、潤滑剤４４が上述した差圧により図示上側に向かって移動して偏位した際には、図６中の破線Ｂ’で示されているように、当該図示下側の毛細管シール部４５ｂ内の潤滑剤４４の全部が消失し、かつラジアル動圧軸受部４２ｂ内の潤滑剤４４における図示下側の一部が消失するように構成されている。そして、潤滑剤４４が枯渇した分、図示下側の動圧発生用溝４３ｂで発生する動圧力が低下して差圧が解消する。このような実施形態装置においても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【００６８】
また、図７に示されている実施形態は、軸方向に併設された２つのスラスト軸受部５２ａ，５２ｂを有する動圧軸受装置に対して本発明を適用したものであって、軸部材５０と円筒状部材５１とが、上記２つのスラスト軸受部５２ａ，５２ｂを構成するスラスト板５２を介して相対回転可能に支承されている。
【００６９】
上記２つのスラスト軸受部５２ａ，５２ｂを構成するスラスト板５２は、軸部材５０側に対して一体に固定されており、各スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂと円筒状部材との両対向面のうち、少なくとも一方側には、例えば図８に示されているようなヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝５３ａが環状に並列するように凹設されているとともに、上記両対向面間には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤５４が介在されている。
【００７０】
すなわち、上記２つのスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂは、軸方向に所定間隔離して設けられているが、これら２つのスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂどうしは、一連の軸受空間を断面コの字状に画成するように併設されており、当該両スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂを含む軸受空間の両端部分には、前記円筒状部材５１とスラスト板５２との隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部５５ａ，５５ｂが設けられている。
【００７１】
これらの各毛細管シール部５５ａ，５５ｂは、各スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂの最内周部分にそれぞれ設けられており、スラスト板５２の内周部分と、円筒状部材５１の内周部分との間の軸方向隙間を狭小にすることによって形成されている。従って、これらの各毛細管シール部５５ａ，５５ｂを構成する狭小隙間は、各スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂの軸受部を構成する隙間に対して直接的に連通されているとともに、各毛細管シール部５５ａ，５５ｂとスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂとの連通部分には、隙間を拡大するような凹部は設けられていない。
【００７２】
これら図７における上下両側の各毛細管シール部５５ａ，５５ｂは、当該毛細管シール部５５ａ，５５ｂを構成する狭小隙間が内周側に開口するように設けられている。そして、これらの各毛細管シール部５５ａ，５５ｂの狭小隙間を構成するようにスラスト板５２に対面している円筒状部材５１の内周側壁は、内周側に向かって隙間寸法を連続的に拡大する傾斜壁に形成されている。
【００７３】
前述したように、２つのスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂを含む上記２箇所の毛細管シール部５５ａ，５５ｂどうしの間の軸受空間部分には、潤滑剤５４が連続して充填されており、その潤滑剤５４の両端における各液面位置が、停止時においては、図７中にそれぞれ実線Ａ，Ｂで示されているように、各毛細管シール部５５ａ，５５ｂの内部所定位置となるように設定されている。
【００７４】
また、回転時においては、潤滑剤５４の両液面のうち、図７における上側の液面の位置が、図中の破線Ａ’で示されているように、図７の上側の毛細管シール部５２ａ内に保持されるとともに、図７における下側の液面位置は、図中の破線Ｂ’で示されているように、図７の下側に配置されているラジアル動圧軸受部５２ｂ内に引き込まれた位置に設定されている。このような潤滑剤５４の移動は、図７の下側のスラスト動圧発生用溝における「く」の字状のヘリングボーン形状が半径方向に非対称な形状に形成され、それにより潤滑剤５４に差圧が生じるからである。
【００７５】
すなわち、まず図７における上側のスラスト動圧軸受部５２ａでは、図８上半部分に示されているように、一対の動圧発生用溝５３ａ，５３ａにおける各半径方向の長さＬａ，Ｌａどうしが、実質的に同一の軸方向長さにそれぞれ設定されている（実質的にＬａ＝Ｌａ）。すなわち、周速と面積との関係から内側の溝長の方がやや長く形成されていはるものの、両者の中心側に向かう加圧力がバランスするように実質的に同一の溝長さに形成されている。
【００７６】
これに対して、図７における下側のスラスト動圧軸受部５２ｂでは、図８下半部分に示されているように、一対の動圧発生用溝５３ｂ，５３ｂのうち、半径方向内側の傾斜溝の半径方向長さＬｂ１が、半径方向外側の傾斜溝の半径方向長さＬｂ２より実質的に長く設定されている（実質的にＬｂ１＞Ｌｂ２）。すなわち、このような半径方向に実質的に非対称な溝形状に形成されていることによって、半径方向内側の傾斜溝による加圧力が、半径方向外側の傾斜溝による加圧力を上回り、従って、半径方向外方に向かう差圧、すなわち、図７下側の毛細管シール部５５ｂ側から上側の毛細管シール部５５ａ側に向かう所定の差圧を潤滑剤５４に生じさせるように構成されている。
【００７７】
このようにスラスト動圧軸受部５２ｂによって潤滑剤５４に生じさせられる差圧により、潤滑剤５４は毛細管シール部５２ｂ側から５２ａ側に向かって移動して偏位することとなるが、この潤滑剤５４の移動方向下流側（図７上側）の毛細管シール部５５ａは、潤滑剤５４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されている。従って上述したように、回転時においても、潤滑剤５４の図７上側の液面位置は毛細管シール部５５ａ内に保される（図７中の破線Ａ’参照）。
【００７８】
一方、前述したように、潤滑剤５４の移動方向上流側（図７下側）の毛細管シール部５５ｂは、スラスト動圧軸受部５２ｂの内周側部分に設けられているため、潤滑剤５４が上述した差圧により移動して偏位した際には、図７中の破線Ｂ’で示されているように、当該図７下側の毛細管シール部５５ｂ内の潤滑剤５４の全部が消失し、かつスラスト動圧軸受部５２ｂ内の潤滑剤５４における内周側の一部が消失するように構成されている。そして、潤滑剤５４が枯渇した分、図７下側の動圧発生用溝５３ｂで発生する動圧力が低下して差圧が解消するようになっている。このような実施形態装置においても、上述した実施形態装置と同様な作用・効果を得ることができる。
【００７９】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００８０】
例えば、図９（ａ）に示されているように、スラスト動圧軸受部を構成するスラスト板６６を、２つのラジアル動圧軸受部６２ａ，６２ｂの軸方向間部分に配置したり、図９（ｂ）に示されているように、上述した第１の実施形態とは反対側である図示下側のラジアル動圧軸受部６２ｂに隣接して配置することも可能である。
【００８１】
また、図１０に示されているように、上述した第１の実施形態装置とは逆に、差圧を発生させる動圧発生用溝７３ｂを上側に配置し、バランスした動圧を発生する動圧発生用溝７３ａを図示下側に配置することも可能である。すなわち、この実施形態では、図示下側のラジアル動圧軸受部７２ａにおける動圧発生用溝７３ａ，７３ａでは、両溝が、ほぼ同一の溝長さＬａにそれぞれ設定されているとともに、図示上側のラジアル動圧軸受部７２ｂにおける動圧発生用溝７３ｂ，７３ｂでは、軸方向内側（図示下側）の溝長さＬｂ1が、軸方向外側（図示上側）の溝長さＬｂ2より長く設定されており、このような軸方向に非対称な溝形状に形成されていることによって、軸方向一方側（図示上側）に向かって所定の差圧を潤滑剤に生じさせる構造になされている。
【００８２】
また、本発明を適用する動圧発生用溝は、上述した実施形態におけるようなヘリングボーン形状のものに限定されることはなく、その他のあらゆる形状の動圧発生用溝に対しても本発明は同様に適用することができる。
【００８３】
さらに、上述した実施形態は、いわゆる軸固定型のモータに対して本発明を適用したものであるが、軸回転型のモータに対しても本発明は同様に適用することができる。
【００８４】
さらにまた、本発明にかかる差圧発生用の動圧発生用溝を、上述した実施形態のようにラジアル軸受部に設けることに限定されることはなく、スラスト動圧軸受部に設けたり、あるいは双方に設けることもできる。
【００８５】
さらにまた本発明は、上述したＨＤＤモータ以外に用いられる動圧軸受装置に対しても同様に適用することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、固定部材と回転部材との間の狭い隙間からなる毛細管シール部を軸受空間の両端側に設けることによって、本来の毛細管力による引戻し力に加えて、大きな慣性力が負荷された場合に潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力によって潤滑剤の外部拡散を防止するとともに、動圧軸受部で潤滑剤に対して意図的に差圧を生じさせ、この潤滑剤の差圧を解消するように潤滑剤を僅かに移動させることによってバランス状態とし、これにより回転時における潤滑剤の外部拡散を防止し、加えて、毛細管シール部の隙間内容量を潤滑剤の移動による偏位分を許容する容量に設定することによって潤滑剤の漏れを防止し、かつこのような漏れ防止作用を有する毛細管シール部を、簡易な傾斜面により構成することによって製作の容易化を図るように構成したものであるから、簡易で低コストな構造で、潤滑剤漏れを良好に防止しつつ長寿命化を図ることができ、しかも動圧軸受装置の適用性を拡大することができ、動圧軸受装置の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる動圧軸受装置を備えたＨＤＤスピンドルモータの一例を表した横断面説明図である。
【図２】ラジアル動圧発生用溝の一例を表した展開説明図である。
【図３】上側の毛細管シール部の構造を表した部分拡大横断面説明図である。
【図４】スラスト動圧発生用溝の一例を表した平面説明図である。
【図５】下側の毛細管シール部の構造を表した部分拡大横断面説明図である。
【図６】２つのラジアル動圧軸受部を有する軸受装置に本発明を適用した実施形態を表した半横断面説明図である。
【図７】２つのスラスト動圧軸受部を有する軸受装置に本発明を適用した実施形態を表した半横断面説明図である。
【図８】図７におけるスラスト動圧軸受部に設けられた動圧溝形状の一例を表した平面説明図である。
【図９】動圧軸受部の配置関係を変更した場合を模式的に示した半横断面説明図である。
【図１０】動圧軸受部の配置関係を変更した場合を模式的に示した半横断面説明図である。
【符号の説明】
１２ 固定軸
１６ａ，１６ｂ スラスト動圧軸受部
２１ ハブ
２２ａ，２２ｂ，４２ａ，４２ｂ，６２ａ，６２ｂ，７２ａ，７２ｂ ラジアル動圧軸受部
２３ａ，２３ｂ，４３ａ，４３ｂ，７３ａ，７３ｂ ラジアル動圧発生用溝
２４，４４，５４ 潤滑剤
３１ａ，３１ｂ，４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂ，６５ａ，６５ｂ 毛細管シール部
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑剤に動圧を発生させ、その動圧により固定部材に対して回転部材を支持するように構成した動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ等の各種装置において、特に高速回転に対応し得るようにオイル等の潤滑剤の動圧を利用した動圧軸受装置が種々検討され提案されている。この動圧軸受装置においては、固定部材側の動圧面と回転部材側の動圧面とが対向配置されているとともに、これら両対向動圧面のうちの少なくとも一方側に動圧発生用溝が形成されており、上記回転部材と固定部材との両対向面間に介在された所定のオイル等の潤滑剤が、回転部材の回転時に動圧発生用溝のポンピング作用により昇圧され、当該潤滑剤の動圧によって回転部材の回転支持が行われるようになっている。
【０００３】
このように動圧軸受装置は、オイル等の潤滑剤（以下、単に潤滑剤という。）を軸受部内に有しており、その潤滑剤の保持構造によって次の３つの型式に一般に大別することができる。
１）部分潤滑剤構造（例えば、特開平６−１７８４９２号公報参照）
これは、潤滑剤が軸受部分のみに充填されており、軸受どうしの間に空気層を設けた構造であって、最も単純な動圧軸受構造である。
２）潤滑剤循環構造（例えば、米国特許４，７９５，２７５参照）
これは、軸受どうしの間も潤滑剤で満たしておき、軸受端どうしを循環孔で繋げた構造であって、回転時に発生する内部の圧力差（差圧）を解消するように潤滑剤を循環移動させる構造である。この構造によれば、潤滑剤の量を十分に確保して長寿命化を図ることが可能となるとともに、潤滑剤の内部圧力差（差圧）を循環孔により常に解消しているため、潤滑剤の外部漏れを防止する点においても有利である。
３）片袋保持構造（例えば、米国特許５，４２７，４５６参照）
軸受部の軸方向一端側を壁で閉塞して袋状の軸受空間を形成し、その軸受空間が外気と繋がる出口部を一個所とした構造であって、潤滑剤の圧力差を片袋構造により支えるように構成したものである。この構造によれば、潤滑剤の移動が防止されるため、簡易で低コストな動圧軸受構造を得ることができるとともに、長寿命化と潤滑剤漏れ防止との双方が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の各動圧軸受構造のうち、１）の「部分潤滑剤構造」においては、潤滑剤の注入量管理が難しい上に、軸受部内のスペースが小さいために潤滑剤の絶対量が少なくなってしまい絶対寿命が短いという問題がある。また、これを解消するために潤滑剤の充填スペースを拡大して潤滑剤の量を増やすと、今度は潤滑剤が漏れ易くなってしまう。さらに、軸受どうしの間にある空気層が気圧及び温度の変化によって体積膨張及び縮小することから潤滑剤の移動・漏れが生じ易く、これを防止するために外部に繋がる孔を設ける等の対策が必要となる。
【０００５】
また、上述した２）の「潤滑剤循環構造」においては、循環孔を設けるために構造が複雑化してしまい、従って量産性に乏しく、製造コストも高くなるという問題がある。
【０００６】
さらに、上述した３）の「片袋保持構造」では、片袋状の軸受部を作る結果として、いわゆる軸回転型及び軸固定型のいずれの軸受構造であっても、軸部材が片持ち構造に限られてしまい、そのため用途が限定されるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、簡易で低コストな構造で、潤滑剤漏れを良好に防止しつつ長寿命化を図ることができ、しかも適用性の広い動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、まず、１）潤滑剤漏れを防止する条件、２）長寿命化を可能とするための条件、及び３）低コストで量産性を良好とするための条件のそれぞれについて必要な点を考えてみる。
【０００９】
１）潤滑剤漏れを防止するための条件。
1-1. 潤滑剤の外部漏れを防止するためには、まず潤滑剤の液面位置が固定部材と回転部材との間の狭い隙間内にあることが必要である。
これは、回転及び停止の双方の状態を含むのは勿論、温度・気圧が変化した状態、全ての姿勢状態、振動・衝撃が加わった状態、潤滑剤の注入量のばらつき及び蒸発などによる量変化した状態等、仕様内のあらゆる状態に対して必要な条件である。
【００１０】
特に、動圧軸受に対して大きな慣性力が負荷された場合には、毛細管力や磁気力によるシール力だけでは潤滑剤を保持することが難しくなるため、その場合には、潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力を潤滑剤保持力の主とする必要がある。そしてこの潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力を大きくするためには、潤滑剤の表面位置における隙間を一定以下に狭くする必要である。
【００１１】
さらに、上述したように潤滑剤の液面位置が常に狭い隙間内にあるためには、ａ．潤滑剤の液面位置及び量が、上述したいずれの状態にあっても大きく変動しないこと、
ｂ．潤滑剤の注入時における液面位置を管理・調整することができ、簡単に指定の位置内とすることができること、
ｃ．狭い隙間内における液面指定位置の前後に、ある程度の体積的余裕があること、
などが必要となる。
【００１２】
1-2. 潤滑剤の外部漏れを防止するための次の条件としては、停止時において、毛細管シール力が働く状態になっていることがある。つまり、潤滑剤を軸受内部の所定の位置に維持する力としての毛細管力による引戻力が、連続的に作用していることが必要である。
【００１３】
1-3. さらに潤滑剤の外部漏れを防止するためには、回転時において潤滑剤の内部差圧が解消されており、バランスがとれた状態であることを要する。
つまり、回転時に発生する動圧力又は遠心力によって潤滑剤内に圧力差が生じることとなるが、この圧力差は一般にシール圧力よりもかなり大きくなってしまい、例えば、２つの出口部どうしの間で潤滑剤に圧力差があると、その圧力差が解消されるまで潤滑剤が移動して外部漏れの原因となることがある。すなわち、潤滑剤の外部漏れを防止するためには、潤滑剤の僅かな移動量だけで上述した圧力差が解消され、バランスが取れるようにした構造、或は、片袋保持構造のように圧力差を支えられる構造とすることが必要である。
【００１４】
また外気に繋がる出口部の付近は、潤滑剤が濡れ拡散しない条件、例えば種々の環境条件下においても潤滑剤の接触角が０度とならないような部分を、各出口部の外側に設けておく等の対策を施しておくことが潤滑剤漏れを防止するために必要である。
【００１５】
２）長寿命化を可能とするための条件。
長寿命化を図るためには、まず、軸受部内に充填された潤滑剤の容量の何倍かの量の潤滑剤が余裕分として保持されていることが必要である。これは、軸受の使用により潤滑剤に摩耗粉が混入したり、化学的変化を生じたり、蒸発や漏れなどが、材料・条件により程度の差はあるものの必ず生じ、これらを原因として潤滑剤の劣化・減少を招来するからである。従って、動圧軸受の長寿命化は、どの程度の余裕潤滑剤を内部に保持できるかが目安となるとともに、蒸発や漏れなどによる潤滑剤の減少をいかに少なくできるかがポイントとなる。
【００１６】
３）低コストで量産性を良好とするための条件。
これを達成するためには、当然のことであるが、できるだけ簡易な構造とすることが重要である。
【００１７】
このようなことから、本発明にかかる動圧軸受装置は、固定部材に対して回転部材を回転可能に支承する少なくとも２つの動圧軸受部が、一連の軸受空間を画成するように軸方向に併設されているとともに、上記各動圧軸受部を構成する固定部材及び回転部材の少なくとも一方側に、前記軸受空間内に充填された潤滑剤に動圧を発生させる動圧発生手段が設けられた動圧軸受装置において、上記軸方向に併設された動圧軸受部を含む軸受空間の両端部分には、前記固定部材と回転部材との間の隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部が、前記動圧軸受部を両側から挟むように設けられ、それらの各毛細管シール部の隙間を形成している内周壁が、上記隙間の寸法を軸方向外方に向かって連続的に拡大する傾斜壁に形成されているとともに、前記潤滑剤は、上記動圧軸受部を含む２箇所の毛細管シール部どうしの間の軸受空間内に連続して充填され、かつ、上記動圧軸受部の動圧発生手段は、前記軸受空間の一方側に向かう所定の差圧を潤滑剤に生じさせ、当該潤滑剤を軸受空間の一方側に移動させるように非対称な形状に形成され、前記２箇所の毛細管シール部のうち、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部は、前記動圧発生手段による差圧で上記潤滑剤が軸方向の一方側に移動させられたときの偏位分を許容する隙間内容量を備えるように、当該下流側の毛細管シール部を形成している前記固定部材と回転部材との間の隙間寸法が設定されたものであって、前記回転部材が回転したときに動圧軸受部により生じさせられる差圧によって潤滑剤が軸方向に所定量移動され、前記動圧軸受部のいずれかの動圧発生手段の一部から潤滑剤が消失することによって上記差圧が解消されるとともに、潤滑剤の軸方向移動による偏位分が、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部によって受け入れられる構成になされている。
【００１８】
そしてこの動圧軸受装置によれば、まず、潤滑剤の液面位置が、固定部材と回転部材との間の狭い隙間からなる毛細管シール部内に存在し、停止時において、毛細管シール力が常時働く状態になっており、この毛細管シール力に基づく引戻力によって潤滑剤が内部側所定の位置に保持される。一方、大きな慣性力Ｇが負荷された場合には、潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力が狭い隙間からなる毛細管シール部に発生し、これにより潤滑剤の外部拡散が防止される。
【００１９】
回転時においては、動圧軸受部で潤滑剤に対して意図的に差圧が生じさせられ、この潤滑剤の差圧を解消するように潤滑剤の移動が僅かに行われてバランス状態になされるため、回転時における潤滑剤の外部拡散が防止されるようになっている。
【００２０】
さらに、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部の隙間内容量が、潤滑剤の移動による偏位分を許容する容量に設定されているため、潤滑剤の漏れを防止することができる。
【００２１】
加えて、このような漏れ防止作用を有する毛細管シール部が、固定部材と回転部材との間の狭小隙間により簡易に構成されているため、製作の容易化が図られ生産性が向上されるようになっている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、いわゆる両端軸固定型のＨＤＤスピンドルモータに適用した実施形態について図面により詳細に説明する。
まず、図１に示めされたＨＤＤスピンドルモータの全体構造を説明すると、このＨＤＤスピンドルモータは、固定部材としてのステータ組１と、このステータ組１に対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロータ組２とから構成されている。このうちステータ組１は、図示省略した固定基台側にネジ止めされるフレーム１１を有しているとともに、このフレーム１１の略中央部分に立設された固定軸１２が、図示上方に向かって延びている。この固定軸１２の先端部（図示上端部）は、図示を省略した固定基台に対してネジ止めされる。
【００２３】
また、上記フレーム１１は、中空円筒状の支持ホルダー１３を有しており、この支持ホルダー１３の外周にステータコア１４が嵌着されており、当該ステータコア１４の突極部に対して巻線１５が巻回されている。
【００２４】
一方、前記ロータ組２は、図示を省略した所定の記録媒体を支持するためのハブ２１を有しており、このハブ２１は、当該ハブ２１の中心部分に配置された一対のラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂを介して上記固定軸１２の外周側に回転自在に支承されている。
【００２５】
上記ハブ２１は、磁気ディスク等の磁気記録媒体を外周部に装着する略円筒形状の胴部２１ａを有しているとともに、この胴部２１ａの内周側に、バックヨーク２１ｂを介して駆動マグネット２１ｃが環状に装着されている。この駆動マグネット２１ｃは、前述したステータコア１４の外周端面に対して環状に対向するように近接配置されている。
【００２６】
また、上記一対のラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂは、ハブ２１の内周側に当該ハブ２１と一体に形成されており、軸方向に所定間隔離して並列するように配置されている。これらの各ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂの内周面と、前記固定軸１２の外周面とは、数μｍの隙間を介して対向配置されている。
【００２７】
そして、上記各ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂと固定軸１２との両対向面のうち、少なくとも一方側には、図２に示されているようなヘリンボーン形状のラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂが環状に並列するように凹設されているとともに、上記両対向面間には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤２４が介在されており、前記ハブ２１の回転時に、ラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂのポンピング作用によって潤滑剤２４が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑剤２４に生じさせられた動圧によって、ハブ２１がラジアル方向に軸支持されるように構成されている。上記ラジアル動圧発生用溝２３ａ，２３ｂのヘリンボーン形状については後述する。
【００２８】
本実施形態における上記潤滑剤２４としては、当該潤滑剤２４の寿命と良好な軸受特性とを両立し得るように、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）又はペンタエリスリトール（ＰＥ）と、炭素数５〜１８の直鎖又は分岐脂肪酸とをエステル化した構造のオイルが使用されており、その中でも、特に、蒸発率が１０-7ｇ／h・cm2（at 40℃）以下で、粘度が３０ｃＰ（at 40℃）以下のオイルが用いられている。
【００２９】
なお、このような潤滑剤２４を軸受内部に注入するにあたっては、組立が完了したモータを一旦真空室内に入れ、その真空引きした状態で毛細管力又は外部大気圧を利用して行う。このようにすれば、含有空気率が低い状態で軸受内部全体に潤滑剤２４を満たすことが可能となる。
【００３０】
さらに、上記固定軸１２の先端側（図示上端側）の途中部分には、２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成するリング状のスラスト板１６が固着されている。このスラスト板１６により構成される２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂは、図示上側に配置されたラジアル動圧軸受部２２ａの図示上側に隣接するように配置されている。
【００３１】
すなわち、上記スラスト板１６の図示下面側は、図示上側に配置されているラジアル動圧軸受部２２ａの端面（図示上端面）に対面するように配置されているとともに、スラスト板１６の図示上端面は、前記ハブ２１の中央部分にネジ止めされたスラスト押え板２５の端面（図示下端面）に対面するように配置されており、当該スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成するスラスト板１６の軸方向両端面には、図４に示されているようなヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝１７がそれぞれ環状に形成されている。
【００３２】
また、上記スラスト板１６とラジアル動圧軸受部２２ａとの対向面どうしの間、及びスラスト板１６とスラスト押え板２５と対向面どうし間の各隙間部分には、上述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂ側の潤滑剤２４が連続するようにして充填されており、上記ハブ２１の回転時に、スラスト動圧発生用溝１７のポンピング作用によって潤滑剤２４が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑剤２４に生じさせられた動圧によってハブ２１がスラスト方向に軸支持されるように構成されている。
【００３３】
このとき、上記スラスト押え板２５は、上述した各動圧軸受部の組付後にハブ２１に対して接合されるが、前記潤滑剤２４の充填部分に臨む接合部は、このスラスト押え板２５による接合部のみであって、潤滑剤２４の充填部分に対するその他の部位は一体に成形されて密閉性を確保している。
【００３４】
このスラスト押え板２５とハブ２１との接合部は、潤滑剤２４の注入前に、接着剤によって完全密閉構造となるように接合され、これによって潤滑剤２４に対する密閉性が良好に確保されている。この接合部に充填される接着剤は、当該接合部に形成された環状案内溝（図示省略）の毛細管力によって、接合部全周にわたって切れ目なく連続的に充填されるようになっており、これによって密閉構造が完全化される。
【００３５】
また、上記スラスト押え板２５には、外側（図示上側）から吸収布２６を介して薄板状のストッパー板２７が設けられており、これら吸収布２６及びストッパー板２７によって、最悪の場合でも、潤滑剤２４の外部飛散が防止されるようになっている。
【００３６】
上述した２つのラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂ、及び２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂは、軸方向に延びる一連の軸受空間を画成するように併設されており、これら４つの動圧軸受部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを含む軸受空間の軸方向両端部分には、前記固定軸１２と回転側の部材２２ｂ，２５との隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部３１ａ，３１ｂが、前記４つの動圧軸受部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを軸方向両側から挟むように設けられている。
【００３７】
これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂのうち、図示下側の毛細管シール部３１ｂは、図示下側に配置されたラジアル動圧軸受部２２ｂの一部に設けられており、より具体的には、当該ラジアル動圧軸受部２２ｂの軸方向外端部分（図示下端部分）の内周壁と、前記固定軸１２の外周面との隙間を狭小にすることによって形成されている。従って、この図示下側の毛細管シール部３１ｂを構成する狭小隙間は、図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂの軸受部を構成する隙間に対して直接的に連通されているとともに、この毛細管シール部３１ｂとラジアル動圧軸受部２２ｂとの連通部分には、隙間を拡大するような凹部は設けられていない。
【００３８】
一方、図示上側の毛細管シール部３１ａは、スラスト動圧軸受部１６ａを構成するスラスト押え板２５と固定軸１２との間の隙間により形成されており、前述したスラスト押え板２５の内周壁と固定軸１２の外周面との間の隙間を狭小にすることによって形成されている。
【００３９】
これら図示上下両側の各毛細管シール部３１ａ，３１ｂは、当該毛細管シール部３１ａ，３１ｂを構成する狭小隙間が図示上下の外方に開口するように軸方向に沿って設けられている。そして、これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂの狭小隙間を構成するように固定軸１２側に各々対面しているスラスト押え板２５の内周壁、及び図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂの内周壁は、軸方向外方に向かって上記隙間の寸法を連続的に拡大するように傾斜壁に形成されており、この連続的に拡大している狭小隙間の寸法が、２０μｍから３００μｍとなっている部位を毛細管シール部３１ａ，３１ｂとしている。また、これらの各毛細管シール部３１ａ，３１ｂの外方部分には、潤滑剤２４の外部拡散による漏れを防止するための撥油が被着された部位がそれぞれ設けられている。
【００４０】
前述したように、４つの動圧軸受部１６ａ，１６ｂ，２２ａ，２２ｂを含む上記２箇所の毛細管シール部３１ａ，３１ｂどうしの間の軸受空間部分には、潤滑剤２４が連続して充填されており、その潤滑剤２４の図示上下端における各液面位置が、モータ停止時においては、図３及び図５中にそれぞれ実線Ａ，Ｂで示されているように、各毛細管シール部３１ａ，３１ｂの内部所定位置となるように設定されている。
【００４１】
また、モータ回転時においては、潤滑剤２４の両液面のうち、図示上端側の液面の位置が、図５中の破線Ａ’で示されているように、図示上側の毛細管シール部３１ａ内に保持されているとともに、図示下端側の液面位置は、図３中の破線Ｂ’で示されているように、図示下側に配置されているラジアル動圧軸受部２２ｂ内に引き込まれた位置に設定されている。このような潤滑剤２４の移動については後述する。
【００４２】
一方、上述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂにおけるヘリンボーン形状の各動圧発生用溝２３ａ，２３ｂは、図２に示されているように、当該ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂの軸方向両端部から中心側で合流するようにして「く」の字状に延びる一対の傾斜溝を環状に並列することにより構成されている。各動圧発生用溝２３ａ，２３ｂを構成する各傾斜溝は、数μｍの溝深さに形成されており、軸方向両端側から中心側に向かって潤滑剤２４を加圧するようなっている。
【００４３】
このとき、図示上側のラジアル動圧軸受部２２ａでは、一対の動圧発生用溝２３ａ，２３ａどうしが、ほぼ同一の軸方向長さＬａにそれぞれ設定されており、これによって図示上側の動圧発生用溝２３ａによる図示下側方向への加圧力と、図示下側の動圧発生用溝２３ａによる図示上側への加圧力とがほぼ等しくなって、軸方向両端側から中心側に向かう加圧力がほぼバランスするように構成されている。
【００４４】
これに対して、軸方向における最外部分に配置された図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂでは、一対の動圧発生用溝２３ｂ，２３ｂのうち、軸方向外側（図示下側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ1が、軸方向内側（図示上側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ2より長く設定されている（Ｌｂ1＞Ｌｂ2）。すなわち、このような軸方向に非対称な溝形状に形成されていることによって、図示下側の傾斜溝による上方加圧力が、図示上側の傾斜溝による下方加圧力を上回り、軸方向一方側（図示上側）に向かって所定の差圧を潤滑剤２４に生じさせる構造になされている。
【００４５】
このようにラジアル動圧軸受部２２ｂによって潤滑剤２４に生じさせられる差圧により、潤滑剤２４は図示上側に向かって移動して偏位することとなるが、この潤滑剤２４の移動方向下流側（図示上側）の毛細管シール部３１ａは、図５に示されているように、潤滑剤２４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されており、上述したように、モータ回転時においても潤滑剤２４の液面位置が毛細管シール部３１ａ内に保持されるようになっている(図５中の破線Ａ’参照）。
【００４６】
より具体的には、この潤滑剤２４の移動方向下流側（図示上側）の毛細管シール部３１ａは、０．５ｍｍ以上の軸方向長さに設定されているとともに、当該毛細管シール部３１ａの隙間内容量又は軸方向長さが、潤滑剤２４の移動により当該潤滑剤２４が減少する側（図示下側）の毛細管シール部３１ｂの隙間内容量又は軸方向長さの３倍以上に設定されている。また、この潤滑剤２４の移動による当該潤滑剤２４の偏位分を許容する側の毛細管シール部３１ａにおける隙間寸法は、潤滑剤２４の移動により当該潤滑剤２４が減少する側の毛細管シール部３１ｂの実質的な隙間寸法、すなわちラジアル動圧軸受部２２ｂにおける動圧発生用溝２３ｂを含めた隙間寸法より大きく設定されている。これは、潤滑剤２４の注入量の増減に対する余裕を持たせるとともに、潤滑剤２４の移動や蒸発による潤滑剤２４の減少に対して量的な余裕を持たせるためである。
【００４７】
一方、前述したように、潤滑剤２４の移動方向上流側（図示下側）の毛細管シール部３１ｂは、ラジアル動圧軸受部２２ｂの軸方向外端部分（図示下端部分）に設けられているため、潤滑剤２４が上述した差圧により図示上側に向かって移動して偏位した際には、図３中の破線Ｂ’で示されているように、当該図示下側の毛細管シール部３１ｂ内の潤滑剤２４の全部が消失し、かつラジアル動圧軸受部２２ｂ内の潤滑剤２４における図示下側の一部が消失するように構成されている。
【００４８】
より具体的には、ハブ２１が回転したときの上述した差圧による潤滑剤２４の移動により、図示下側の動圧発生用溝２３ｂの軸方向長さＬｂ1の約１／４の長さにわたって潤滑剤２４が枯渇し、図示下側の動圧発生用溝２３ｂに残された潤滑剤２４の軸方向長さＬｂ3が、図示上側の動圧発生用溝２３ｂの軸方向長さＬｂ2とほぼ等しくなる位置まで液面が上昇する。そして、潤滑剤が枯渇した分、図示下側の動圧発生用溝２３ｂで発生する動圧力が低下して差圧が解消するようになっている。
【００４９】
また、この軸方向最外部に配置されている図示下側のラジアル動圧軸受部２２ｂは、潤滑剤２４が枯渇・消失する部位に、当該部位における隙間を他の部位の隙間より大きくする窪み部２８が形成されており、この窪み部２８によって、潤滑剤２４の枯渇・消失時においても、衝撃等による急激な大負荷力によってラジアル動圧軸受部２２ｂの内周面が固定軸１２の外周面に接触することのないように構成されている。この窪み部２８としては、図３に示されているような段部形状として、隙間を２μｍ程度大きしたものや、テーパ形状として最外端部における隙間を０．５μｍないし３μｍ程度大きくなるようにしたもの等が考えられる。
【００５０】
図１に戻って、上述した図示上側の毛細管シール部３１ａの軸方向外側（図示上側）には、当該毛細管シール部３１ａに対して軸方向に連続するようにして潤滑剤注入部３２が設けられている。この潤滑剤注入部３２は、毛細管シール部３１ａを構成している狭小隙間に連続する拡大隙間からなっており、前記固定軸１２側に対面しているスラスト押え板２５の内周壁を、毛細管シール部３１ａを構成している傾斜壁よりもさらに大きい開角で傾斜させることによって形成されている。
【００５１】
この潤滑剤注入部３２を構成する傾斜壁は、軸方向に向かって潤滑剤２４が良好に進入して行くように、７０度以下の開角に形成されているとともに、当該潤滑剤注入部３２の軸方向最外端における隙間が４００μｍ以上となるように設定されている。また、この潤滑剤注入部３２の隙間内容量は、前述した２つの毛細管シール部３１ａ，３１ｂどうしの間を結ぶ軸受空間の内容量より大きく設定されており、これによって、潤滑剤２４の全量を、一旦、潤滑剤注入部３２内に注入することができ、以後は毛細管力によって内部側（図示下側）に案内されていき、大気開放によって軸受空間の全長にわたって潤滑剤２４が満たされるようになっている。
【００５２】
また、前述したラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂどうしの軸方向間部分には、内周面を窪ませることによって固定軸１２との隙間を拡大してなる潤滑剤溜り部３３が設けられている。本実施形態における潤滑剤溜り部３３の隙間寸法は、ラジアル動圧軸受部２２ａ，２２ｂにおける軸受隙間寸法の３倍以上又は４０μｍ以上に設定されている。これは、軸受部に対して潤滑剤２４に量的余裕をもたせるように一定量以上の潤滑剤２４を潤滑剤溜り部３３内に確保して長寿命化を図るためである。
【００５３】
このような実施形態装置によれば、まず、潤滑剤２４からなる潤滑剤２４の液面位置が、固定軸１２と回転側部材２５，２２ｂとの間の狭隙間からなる毛細管シール部３１ａ，３１ｂ内に存在するため、回転時にはもちろん停止時においても毛細管シール力が常時働く状態になっており、この毛細管シール力に基づく引戻力によって、潤滑剤２４が内部側の所定位置に保持される。
【００５４】
一方、大きな慣性力が負荷された場合には、潤滑剤２４の流体粘性抵抗による動圧力が狭隙間からなる毛細管シール部３１ａ，３１ｂに生じ、その潤滑剤２４の流体粘性抵抗による動圧力が保持力の主となって、潤滑剤２４の外部拡散が防止される。
【００５５】
回転時においては、ラジアル動圧軸受部２２ｂで潤滑剤２４に対して意図的に差圧が生じさせられ、この潤滑剤２４の差圧を解消するように潤滑剤２４の移動が僅かに行われてバランス状態になされる。このようなバランスによって回転時における潤滑剤２４の外部拡散が防止される。
【００５６】
さらに、潤滑剤２４の移動方向下流側の毛細管シール部３１ａが、潤滑剤２４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されているため、潤滑剤２４の漏れが防止される。
【００５７】
また、当該発明による毛細管シール部３１ａ，３１ｂは、傾斜面による簡易な構成を有しているため、製作の容易化が図られ生産性が向上される。
【００５８】
一方、図６に示されている実施形態は、軸方向に併設された２つのラジアル軸受部４２ａ，４２ｂを有する動圧軸受装置に対して本発明を適用したものであって、軸部材４０と円筒状部材４１とが、２つのラジアル軸受部４２ａ，４２ｂを介して相対回転可能に支承されている。
【００５９】
上記２つのラジアル軸受部４２ａ，４２ｂは、円筒状部材４１側に固定されており、各ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂと軸部材４０との両対向面のうち、少なくとも一方側には、例えば図示展開図のようなヘリンボーン形状のラジアル動圧発生用溝４３ａ，４３ｂが環状に並列するように凹設されているとともに、上記両対向面間には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤４４が介在されている。
【００６０】
すなわち、上記２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂは、軸方向に延びる一連の軸受空間を画成するように併設されており、これら２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂを含む軸受空間の軸方向両端部分には、当該ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂと軸部材４０と隙間からなる２箇所の毛細管シール部４５ａ，４５ｂが、前記２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂを軸方向両側から挟むように設けられている。
【００６１】
すなわち、上記各毛細管シール部４５ａ，４５ｂは、図示上下にそれぞれ配置された各ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂの一部に設けられており、従って、これらの各毛細管シール部４５ａ，４５ｂを構成する狭小隙間は、各ラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂの軸受部を構成する隙間に対して直接的に連通されているとともに、各毛細管シール部４５ａ，４５ｂとラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂとの連通部分には、隙間を拡大するような凹部は設けられていない。
【００６２】
これら図示上下両側の各毛細管シール部４５ａ，４５ｂは、当該毛細管シール部４５ａ，４５ｂを構成する狭小隙間が図示上下の外方に開口するように軸方向に沿って設けられている。そして、これらの各毛細管シール部４５ａ，４５ｂの狭小隙間を構成するように固定の軸部材４０側に各々対面しているラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂの内周壁は、軸方向外方に向かって隙間寸法を連続的に拡大する傾斜壁に形成されている。
【００６３】
前述したように、２つのラジアル動圧軸受部４２ａ，４２ｂを含む上記２箇所の毛細管シール部４５ａ，４５ｂどうしの間の軸受空間部分には、潤滑剤４４が連続して充填されており、その潤滑剤４４の図示上下端における各液面位置が、停止時においては、図中にそれぞれ実線Ａ，Ｂで示されているように、各毛細管シール部４５ａ，４５ｂの内部所定位置となるように設定されている。
【００６４】
また、回転時においては、潤滑剤４４の両液面のうち、図示上端側の液面の位置が、図中の破線Ａ’で示されているように、図示上側の毛細管シール部４５ａ内に保持されるとともに、図示下端側の液面位置は、図中の破線Ｂ’で示されているように、図示下側に配置されているラジアル動圧軸受部４２ｂ内に引き込まれた位置に設定されている。このような潤滑剤４４の移動は、上述した実施形態と同様に、図示下側のラジアル動圧発生用溝４３ｂの「く」の字状のヘリングボーン形状が軸方向に非対称な形状に形成され、それにより潤滑剤に差圧が生じるからである。
【００６５】
すなわち、図示上側のラジアル動圧軸受部４２ａでは、一対の動圧発生用溝４３ａ，４３ａどうしが、ほぼ同一の軸方向長さＬａにそれぞれ設定されており、これによって、軸方向両端側から中心側に向かう加圧力がほぼバランスするように構成されている。これに対して、図示下側のラジアル動圧軸受部４２ｂでは、一対の動圧発生用溝４３ｂ，４３ｂのうち、軸方向外側（図示下側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ1が、軸方向内側（図示上側）の傾斜溝の軸方向長さＬｂ2より長く設定されており（Ｌｂ1＞Ｌｂ2）、このような軸方向に非対称な溝形状に形成されていることによって、図示下側の傾斜溝による上方加圧力が、図示上側の傾斜溝による下方加圧力を上回り、軸方向一方側（図示上側）に向かって所定の差圧を潤滑剤４４に生じさせる構造になされている。
【００６６】
このようにラジアル動圧軸受部４２ｂによって潤滑剤４４に生じさせられる差圧により、潤滑剤４４は図示上側に向かって移動して偏位することとなるが、この潤滑剤４４の移動方向下流側（図示上側）の毛細管シール部４５ａは、潤滑剤４４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されている。従って上述したように、回転時においても、潤滑剤４４の図示上端側の液面位置は毛細管シール部４５ａ内に保持される（図６中の破線Ａ’参照）。
【００６７】
一方、前述したように、潤滑剤４４の移動方向上流側（図示下側）の毛細管シール部４５ｂは、ラジアル動圧軸受部４２ｂの軸方向外端部分（図示下端部分）に設けられているため、潤滑剤４４が上述した差圧により図示上側に向かって移動して偏位した際には、図６中の破線Ｂ’で示されているように、当該図示下側の毛細管シール部４５ｂ内の潤滑剤４４の全部が消失し、かつラジアル動圧軸受部４２ｂ内の潤滑剤４４における図示下側の一部が消失するように構成されている。そして、潤滑剤４４が枯渇した分、図示下側の動圧発生用溝４３ｂで発生する動圧力が低下して差圧が解消する。このような実施形態装置においても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【００６８】
また、図７に示されている実施形態は、軸方向に併設された２つのスラスト軸受部５２ａ，５２ｂを有する動圧軸受装置に対して本発明を適用したものであって、軸部材５０と円筒状部材５１とが、上記２つのスラスト軸受部５２ａ，５２ｂを構成するスラスト板５２を介して相対回転可能に支承されている。
【００６９】
上記２つのスラスト軸受部５２ａ，５２ｂを構成するスラスト板５２は、軸部材５０側に対して一体に固定されており、各スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂと円筒状部材との両対向面のうち、少なくとも一方側には、例えば図８に示されているようなヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝５３ａが環状に並列するように凹設されているとともに、上記両対向面間には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑剤５４が介在されている。
【００７０】
すなわち、上記２つのスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂは、軸方向に所定間隔離して設けられているが、これら２つのスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂどうしは、一連の軸受空間を断面コの字状に画成するように併設されており、当該両スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂを含む軸受空間の両端部分には、前記円筒状部材５１とスラスト板５２との隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部５５ａ，５５ｂが設けられている。
【００７１】
これらの各毛細管シール部５５ａ，５５ｂは、各スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂの最内周部分にそれぞれ設けられており、スラスト板５２の内周部分と、円筒状部材５１の内周部分との間の軸方向隙間を狭小にすることによって形成されている。従って、これらの各毛細管シール部５５ａ，５５ｂを構成する狭小隙間は、各スラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂの軸受部を構成する隙間に対して直接的に連通されているとともに、各毛細管シール部５５ａ，５５ｂとスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂとの連通部分には、隙間を拡大するような凹部は設けられていない。
【００７２】
これら図７における上下両側の各毛細管シール部５５ａ，５５ｂは、当該毛細管シール部５５ａ，５５ｂを構成する狭小隙間が内周側に開口するように設けられている。そして、これらの各毛細管シール部５５ａ，５５ｂの狭小隙間を構成するようにスラスト板５２に対面している円筒状部材５１の内周側壁は、内周側に向かって隙間寸法を連続的に拡大する傾斜壁に形成されている。
【００７３】
前述したように、２つのスラスト動圧軸受部５２ａ，５２ｂを含む上記２箇所の毛細管シール部５５ａ，５５ｂどうしの間の軸受空間部分には、潤滑剤５４が連続して充填されており、その潤滑剤５４の両端における各液面位置が、停止時においては、図７中にそれぞれ実線Ａ，Ｂで示されているように、各毛細管シール部５５ａ，５５ｂの内部所定位置となるように設定されている。
【００７４】
また、回転時においては、潤滑剤５４の両液面のうち、図７における上側の液面の位置が、図中の破線Ａ’で示されているように、図７の上側の毛細管シール部５２ａ内に保持されるとともに、図７における下側の液面位置は、図中の破線Ｂ’で示されているように、図７の下側に配置されているラジアル動圧軸受部５２ｂ内に引き込まれた位置に設定されている。このような潤滑剤５４の移動は、図７の下側のスラスト動圧発生用溝における「く」の字状のヘリングボーン形状が半径方向に非対称な形状に形成され、それにより潤滑剤５４に差圧が生じるからである。
【００７５】
すなわち、まず図７における上側のスラスト動圧軸受部５２ａでは、図８上半部分に示されているように、一対の動圧発生用溝５３ａ，５３ａにおける各半径方向の長さＬａ，Ｌａどうしが、実質的に同一の軸方向長さにそれぞれ設定されている（実質的にＬａ＝Ｌａ）。すなわち、周速と面積との関係から内側の溝長の方がやや長く形成されていはるものの、両者の中心側に向かう加圧力がバランスするように実質的に同一の溝長さに形成されている。
【００７６】
これに対して、図７における下側のスラスト動圧軸受部５２ｂでは、図８下半部分に示されているように、一対の動圧発生用溝５３ｂ，５３ｂのうち、半径方向内側の傾斜溝の半径方向長さＬｂ１が、半径方向外側の傾斜溝の半径方向長さＬｂ２より実質的に長く設定されている（実質的にＬｂ１＞Ｌｂ２）。すなわち、このような半径方向に実質的に非対称な溝形状に形成されていることによって、半径方向内側の傾斜溝による加圧力が、半径方向外側の傾斜溝による加圧力を上回り、従って、半径方向外方に向かう差圧、すなわち、図７下側の毛細管シール部５５ｂ側から上側の毛細管シール部５５ａ側に向かう所定の差圧を潤滑剤５４に生じさせるように構成されている。
【００７７】
このようにスラスト動圧軸受部５２ｂによって潤滑剤５４に生じさせられる差圧により、潤滑剤５４は毛細管シール部５２ｂ側から５２ａ側に向かって移動して偏位することとなるが、この潤滑剤５４の移動方向下流側（図７上側）の毛細管シール部５５ａは、潤滑剤５４の移動による偏位分を許容する隙間内容量に設定されている。従って上述したように、回転時においても、潤滑剤５４の図７上側の液面位置は毛細管シール部５５ａ内に保される（図７中の破線Ａ’参照）。
【００７８】
一方、前述したように、潤滑剤５４の移動方向上流側（図７下側）の毛細管シール部５５ｂは、スラスト動圧軸受部５２ｂの内周側部分に設けられているため、潤滑剤５４が上述した差圧により移動して偏位した際には、図７中の破線Ｂ’で示されているように、当該図７下側の毛細管シール部５５ｂ内の潤滑剤５４の全部が消失し、かつスラスト動圧軸受部５２ｂ内の潤滑剤５４における内周側の一部が消失するように構成されている。そして、潤滑剤５４が枯渇した分、図７下側の動圧発生用溝５３ｂで発生する動圧力が低下して差圧が解消するようになっている。このような実施形態装置においても、上述した実施形態装置と同様な作用・効果を得ることができる。
【００７９】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００８０】
例えば、図９（ａ）に示されているように、スラスト動圧軸受部を構成するスラスト板６６を、２つのラジアル動圧軸受部６２ａ，６２ｂの軸方向間部分に配置したり、図９（ｂ）に示されているように、上述した第１の実施形態とは反対側である図示下側のラジアル動圧軸受部６２ｂに隣接して配置することも可能である。
【００８１】
また、図１０に示されているように、上述した第１の実施形態装置とは逆に、差圧を発生させる動圧発生用溝７３ｂを上側に配置し、バランスした動圧を発生する動圧発生用溝７３ａを図示下側に配置することも可能である。すなわち、この実施形態では、図示下側のラジアル動圧軸受部７２ａにおける動圧発生用溝７３ａ，７３ａでは、両溝が、ほぼ同一の溝長さＬａにそれぞれ設定されているとともに、図示上側のラジアル動圧軸受部７２ｂにおける動圧発生用溝７３ｂ，７３ｂでは、軸方向内側（図示下側）の溝長さＬｂ1が、軸方向外側（図示上側）の溝長さＬｂ2より長く設定されており、このような軸方向に非対称な溝形状に形成されていることによって、軸方向一方側（図示上側）に向かって所定の差圧を潤滑剤に生じさせる構造になされている。
【００８２】
また、本発明を適用する動圧発生用溝は、上述した実施形態におけるようなヘリングボーン形状のものに限定されることはなく、その他のあらゆる形状の動圧発生用溝に対しても本発明は同様に適用することができる。
【００８３】
さらに、上述した実施形態は、いわゆる軸固定型のモータに対して本発明を適用したものであるが、軸回転型のモータに対しても本発明は同様に適用することができる。
【００８４】
さらにまた、本発明にかかる差圧発生用の動圧発生用溝を、上述した実施形態のようにラジアル軸受部に設けることに限定されることはなく、スラスト動圧軸受部に設けたり、あるいは双方に設けることもできる。
【００８５】
さらにまた本発明は、上述したＨＤＤモータ以外に用いられる動圧軸受装置に対しても同様に適用することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、固定部材と回転部材との間の狭い隙間からなる毛細管シール部を軸受空間の両端側に設けることによって、本来の毛細管力による引戻し力に加えて、大きな慣性力が負荷された場合に潤滑剤の流体粘性抵抗による動圧力によって潤滑剤の外部拡散を防止するとともに、動圧軸受部で潤滑剤に対して意図的に差圧を生じさせ、この潤滑剤の差圧を解消するように潤滑剤を僅かに移動させることによってバランス状態とし、これにより回転時における潤滑剤の外部拡散を防止し、加えて、毛細管シール部の隙間内容量を潤滑剤の移動による偏位分を許容する容量に設定することによって潤滑剤の漏れを防止し、かつこのような漏れ防止作用を有する毛細管シール部を、簡易な傾斜面により構成することによって製作の容易化を図るように構成したものであるから、簡易で低コストな構造で、潤滑剤漏れを良好に防止しつつ長寿命化を図ることができ、しかも動圧軸受装置の適用性を拡大することができ、動圧軸受装置の信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる動圧軸受装置を備えたＨＤＤスピンドルモータの一例を表した横断面説明図である。
【図２】ラジアル動圧発生用溝の一例を表した展開説明図である。
【図３】上側の毛細管シール部の構造を表した部分拡大横断面説明図である。
【図４】スラスト動圧発生用溝の一例を表した平面説明図である。
【図５】下側の毛細管シール部の構造を表した部分拡大横断面説明図である。
【図６】２つのラジアル動圧軸受部を有する軸受装置に本発明を適用した実施形態を表した半横断面説明図である。
【図７】２つのスラスト動圧軸受部を有する軸受装置に本発明を適用した実施形態を表した半横断面説明図である。
【図８】図７におけるスラスト動圧軸受部に設けられた動圧溝形状の一例を表した平面説明図である。
【図９】動圧軸受部の配置関係を変更した場合を模式的に示した半横断面説明図である。
【図１０】動圧軸受部の配置関係を変更した場合を模式的に示した半横断面説明図である。
【符号の説明】
１２ 固定軸
１６ａ，１６ｂ スラスト動圧軸受部
２１ ハブ
２２ａ，２２ｂ，４２ａ，４２ｂ，６２ａ，６２ｂ，７２ａ，７２ｂ ラジアル動圧軸受部
２３ａ，２３ｂ，４３ａ，４３ｂ，７３ａ，７３ｂ ラジアル動圧発生用溝
２４，４４，５４ 潤滑剤
３１ａ，３１ｂ，４５ａ，４５ｂ，５５ａ，５５ｂ，６５ａ，６５ｂ 毛細管シール部
Claims (26)
- 固定部材に対して回転部材を回転可能に支承する少なくとも２つの動圧軸受部が、一連の軸受空間を画成するように軸方向に併設されているとともに、
上記各動圧軸受部を構成する固定部材及び回転部材の少なくとも一方側に、前記軸受空間内に充填された潤滑剤に動圧を発生させる動圧発生手段が設けられた動圧軸受装置において、
上記軸方向に併設された動圧軸受部を含む軸受空間の両端部分には、前記固定部材と回転部材との間の隙間を狭小にしてなる２箇所の毛細管シール部が、前記動圧軸受部を両側から挟むように設けられ、
それらの各毛細管シール部の隙間を形成している内周壁が、上記隙間の寸法を軸方向外方に向かって連続的に拡大する傾斜壁に形成されているとともに、
前記潤滑剤は、上記動圧軸受部を含む２箇所の毛細管シール部どうしの間の軸受空間内に連続して充填され、かつ、
上記動圧軸受部の動圧発生手段は、前記軸受空間の一方側に向かう所定の差圧を潤滑剤に生じさせ、当該潤滑剤を軸受空間の一方側に移動させるように非対称な形状に形成され、
前記２箇所の毛細管シール部のうち、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部は、前記動圧発生手段による差圧で上記潤滑剤が軸方向の一方側に移動させられたときの偏位分を許容する隙間内容量を備えるように、当該下流側の毛細管シール部を形成している前記固定部材と回転部材との間の隙間寸法が設定されたものであって、
前記回転部材が回転したときに動圧軸受部により生じさせられる差圧によって潤滑剤が軸方向に所定量移動され、前記動圧軸受部のいずれかの動圧発生手段の一部から潤滑剤が消失することによって上記差圧が解消されるとともに、潤滑剤の軸方向移動による偏位分が、潤滑剤の移動方向下流側の毛細管シール部によって受け入れられる構成になされていることを特徴とする動圧軸受装置。 - 請求項１記載の毛細管シール部を構成する固定部材と回転部材との隙間が、装置外方に向かって連続的に拡大されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の毛細管シール部は、固定部材と回転部材との隙間が２０μｍから３００μｍに形成されている部位であることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の毛細管シール部は、当該毛細管シール部の長手方向が軸方向又は半径方向に沿って設けられて、一端部が軸方向又は半径方向の外方に向かって開口していることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の毛細管シール部のうちの一体が、ラジアル動圧軸受部の軸方向外方端部分に設けられ、ラジアル動圧軸受部の軸受部を構成する隙間と、毛細管シール部を構成する隙間とが、直接的に連通されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の毛細管シール部のうちの一体が、スラスト動圧軸受部を構成する固定部材と回転部材との間の隙間により形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の２箇所の毛細管シール部のうち、潤滑剤の移動による当該潤滑剤の偏位分を許容する側の毛細管シール部の隙間内容量又は長さが、潤滑剤の移動により当該潤滑剤が減少する他方側の毛細管シール部の隙間内容量又は長さの３倍以上に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の２箇所の毛細管シール部のうち、潤滑剤の移動による当該潤滑剤の偏位分を許容する側の毛細管シール部の隙間寸法が、潤滑剤の移動により当該潤滑剤が減少する側の動圧軸受部における動圧発生手段を含めた実質的な軸受隙間を形成している前記固定部材と回転部材との間の隙間寸法より大きく設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の２箇所の毛細管シール部のうち、潤滑剤の移動による当該潤滑剤の偏位分を許容する側の毛細管シール部の長さが、０．５ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の毛細管シール部の外方側に、当該毛細管シール部に対して軸方向に連続するように拡大隙間を画成する傾斜壁を有する潤滑剤注入部が設けられているとともに、当該潤滑剤注入部の傾斜壁は、外方側に向かって７０度以下の開角に形成されているとともに、当該潤滑剤注入部の最外端における隙間寸法が４００μｍ以上に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１０記載の潤滑剤注入部の隙間内容量が、２つの毛細管シール部どうしの間の軸受空間の内容量より大きく設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の動圧発生手段は、一対の傾斜溝が、当該動圧発生手段の軸方向両端側から中心側で合流するように略「く」の字状に延びるヘリングボーン構造に形成され、上記一対の傾斜溝は、差圧を発生するように片側の溝の長さが長く設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。上記一対の溝のうち、外方側に配置された溝の長さが内方側の溝の長さより長く設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１２記載の動圧発生手段が、軸方向最外方部分に配置されたラジアル軸受部に設けられていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の動圧発生手段は、軸方向において最外方部分に配置されている動圧軸受部内の潤滑剤の一部が消失する程度の差圧を発生させるように、軸方向又は半径方向に非対称な形状に形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１４記載の軸方向最外方部分に配置されている動圧軸受部は、潤滑剤が軸方向に移動することにより消失する部位の隙間が他の部位より大きく形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１４記載の軸方向最外方部分に配置されている動圧軸受部が、ラジアル動圧軸受であることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の潤滑剤は、停止時における両端の各液面位置が、各毛細管シール部内に設定され、かつ回転時における一端側の液面位置が、一端側の毛細管シール部内に維持されつつ、回転時における他端側の液面位置が、動圧軸受部内に引き込まれた位置に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の潤滑剤は、蒸発率が１０-7ｇ／h・cm2（at40℃）以下、かつ粘度が３０ｃＰ（at 40℃）以下のオイルからなることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の潤滑剤が、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）又はペンタエリスリトール（ＰＥ）と、炭素数５〜１８の直鎖又は分岐脂肪酸とを、エステル化した構造のオイルからなることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載のスラスト動圧軸受部が、ラジアル動圧軸受部の軸方向一端側に隣接するように配置されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載のスラスト動圧軸受部が、２つのラジアル動圧軸受部の軸方向間部分に配置されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の固定部材が軸部材又円筒状部材として設けられているとともに、回転部材が円筒状部材又は軸部材として設けられていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の動圧軸受部どうしの間部分に、固定部材と回転部材との隙間を拡大してなる潤滑剤溜り部が設けられ、当該潤滑剤溜り部の隙間寸法が、動圧軸受部における軸受隙間寸法の３倍以上又は４０μｍ以上に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項１記載の潤滑剤が連続して充填されている部位に対して、接合部が、最小の一個所だけ設けられていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項２４記載の接合部は、潤滑剤の注入前に接着剤によって接合された完全密閉構造に構成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
- 請求項２４記載の接合部には、毛細管力によって接合部の全周にわたって連続的に接着剤を導く環状案内溝が設けられていることを特徴とする動圧軸受装置。
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