JP3687570B2 - 動圧軸受装置及びこれを用いたモータ及びディスク記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、ディスクを回転させながら信号の記録再生を行うディスク記録装置はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の装置に用いられる回転装置は高速、高精度回転が必要となり、その回転主軸部には、米国特許第５５０４６３７号公報に開示されるような中心軸の両端を支持した構造の流体軸受装置が用いられ
ている。本発明は、これら記録または再生装置に用いられる動圧軸受装置及びこれを用いたモータ及びディスク記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図１０を参照しながら、上述した従来の動圧軸受装置の一例について説明する。図１０において、ベース部材２１には固定軸２２がその一端で固定され、スリーブ２４とロータハブ２５は一体的に構成され固定軸２２に対して回転自在に填め合わされている。固定軸２２の他端側近傍にはフランジ部材２３が固定され、フランジ部材２３はスリーブ２４またはロータハブ２５に設けられた段状凹部２５Ａに収納される。フランジ部材２３に対向してスラスト板２６がスリーブ２４またはロータハブ２５に固定されている。固定軸２２の外周面または、スリーブ２４の軸受孔２４Ｃの内周面のいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の魚骨状のラジアル動圧溝２４Ａ、２４Ｂが設けられ、フランジ部材２３と、スラスト板２６の対向面の少なくともいずれか一方には、魚骨状または螺旋状の動圧溝２３Ａが設けられ、また必要に応じフランジ部材２３の下面とスリーブ２４または段状凹部２５Ａが当接する面のいずれか一方にもスラスト動圧溝２３Ｂを有しており、それぞれの動圧溝、２４Ａ、２４Ｂ、２３Ａ、２３Ｂには潤滑剤２７が注油されている。ロータハブ２５にはロータ磁石２８が、またベース部材２１にはモータステータ２９が取り付けられている。２２Ａは図中Ｅ部に溜まった空気を外部に排出可能な通気穴、２４Ｃは図中Ｆ部に溜まった空気を外部に排出可能な通気穴である。第１０図においてスリーブ２４はロータハブ２５の内部に固定されている。
【０００３】
以上のように構成された従来の動圧軸受装置について、図１０を用いてその動作について説明する。モータステータ２９に通電がされ、回転磁界が発生すると、ロータ磁石２８は、ロータハブ２５、スリーブ２４、スラスト板２６と共に回転を始める。この時、魚骨状のラジアル動圧溝２４Ａ、２４Ｂは潤滑剤２７を掻き集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また魚骨状または螺旋状のスラスト動圧溝２３Ａ、２３Ｂもそれぞれ潤滑剤２７を掻き集めこれらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となり回転する。そして図示しないディスクがロータハブ２５に取付けられ、スリーブと一緒に回転駆動され、図示しないヘッドにより電気信号の記録と再生が行われる。このような信号の記録再生については一般のハードディスク装置と同じであり詳細については説明を省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、次の様な問題点がある。図１０に示すように、動圧軸受装置がまず停止中において、スラスト動圧溝２３Ａ部及び図中Ｅ部（フランジ部材２３の外周面と、段部２５Ａの内周面からなる隙間であり、半径方向の隙間寸法は図中記号ＲＥで表わしている。）に注入されていた潤滑剤が毛細管現象によりＥ部よりも隙間が小さい図中Ｆ部（スラスト板２６の内周面と固定軸２２の外周面からなる隙間であり、半径方向の隙間寸法は記号ＲＦで表わしている。）に移動し、やがて時間が経つと上から目視できる位置に潤滑剤が盛り上がり始める。そしてモータステータ２９に通電され、回転磁界によりロータ磁石２８がスリーブ２４、ロータハブ２５、スラスト板２６と共に回転を始めた瞬間に、図中Ｆ部の潤滑剤２７が流出潤滑剤２７ａ、２７ｂとして遠心力で流出する問題があった。また同様に、図中Ｇに示す潤滑剤溜まり部の半径隙間をＲＧ、図中Ｈに示す潤滑剤溜まり部の半径隙間をＲＨとすると、潤滑剤溜まり部Ｇの潤滑剤２７はＨ部分に移動し下方へ飛散する心配があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の動圧軸受装置は、一端側近傍にフランジ部材が取り付けられた軸と、軸受穴を有するスリーブと、前記スリーブの段状凹部に前記フランジ部材を収納し、前記フランジ部材に対向するように前記スリーブに固定されるスラスト板と、前記軸の外周面と前記スリーブの軸受穴の内周面の対向する面の少なくともいずれか一方にラジアル動圧溝を形成し、前記フランジ部材と前記スラスト板とが対向する面の少なくともいずれか一方の面、又は前記フランジ部材と前記スリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方の面にはスラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝と前記スラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、前記スラスト板と前記フランジ部材とが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝は、前記潤滑剤に対し前記フランジ部材の内径部側から外径部側に向けて流れを作るポンピング力を発生する魚骨状のパターンを有し、前記フランジ部材と前記スリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝は、前記フランジ部材の内径部側、外径部側、いずれの方向にも前記潤滑剤の流れを作らない魚骨状パターンを有する構成としたことにより、動圧軸受装置における潤滑剤の流出を防止したものである。
【０００６】
また、本発明のモータは、上記構成を有し、前記ラジアル動圧溝及びスラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、前記スリーブにはロータ磁石が、前記ベース部材にはモータステータが取り付けらた動圧軸受装置を有することにより、潤滑剤の流出を防止しモータの性能と信頼性を向上させることが可能になる。
【０００７】
また、本発明のディスク記録装置は、上記構成を有する動圧軸受装置のスリーブにロータハブを固定し、前記ロータハブに記録再生用ディスクを固定し、前記記録再生用ディスクの面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、この磁気ヘッドまたは光学ヘッドは前記ディスク面に平行に移動自在に構成され、前記ディスクに対し信号の記録または再生を行うものであり、上記動圧軸受装置を用いることにより、潤滑剤の流出を防止しデ
ィスク記録装置の性能と信頼性を向上させることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態における流体軸受装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。図１は本実施形態における流体軸受装置の断面図を示している。図１において、固定軸２は、その一端がベース部材１に固定され、この固定軸２は他端側近傍にフランジ部材３を有し、この固定軸２の外周には軸受穴４Ｅを有し、ロータ５と一体的に設けられたスリーブ４が回転自在に填め合わされ、また、フランジ部材３はスリーブ４または、ロータ５の段部５Ａに収納されている。またフランジ部材３の固定軸２の他端側の平面に対向する位置に略リング形状のスラスト板６がスリーブ４またはロータ５に固定されている。スラスト板６のベース部材側の平面または、フランジ部材３のスラスト板６に対向する面の少なくともいずれか一方には略魚骨状のスラスト動圧溝６Ａが設けられ、また固定軸２の外周面またはスリーブ４の軸受穴４Ｅのいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の、例えば魚骨状のラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂが設けられ、ラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂ、及びスラスト動圧溝６Ａには潤滑剤８が注入されている。スリーブ４に固定されたロータ５にはロータ磁石９が、またベース部材１にはモータステータ１０が固定されている。フランジ部材３の下面部（図中Ｃ部）は隙間部分でありこの部分は空気室または油溜まりになっており、このＣ部からスリーブ４とロータ５の間の内部を通って外気に連通する通気穴４Ｃを有している。図中Ｄは２組のラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂの間に設けた軸受穴４Ｅの径大部であり、空気室または油溜まりになっている。また、図中Ｅはラジアル動圧溝４Ｂからベース部材１側に隣接して軸受穴４Ｅに設けられた隙間部分であり油溜まりになっている。
【０００９】
以上のように構成された本実施形態の流体軸受装置について、図１を用いてその動作について説明する。図１において、モータステータ１０に通電がされ、回転磁界が発生すると、ロータ磁石９は、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６と共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂ、スラスト動圧溝６Ａは潤滑剤８を掻き集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、ロータ磁石９、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６からなる回転体は完全非接触状態となり回転する。
【００１０】
詳細には図１において流体軸受装置が高速回転中にも図中Ａの隙間小部分から潤滑剤８が外部に流出しないように機能している。詳細には、図中の隙間部分Ａの寸法としてＲＡはスラスト板６の内周面と固定軸２の外周面からなる半径方向隙間であり、このＡにおいて、図２に示すように固定軸の直径ｄ１に対し軸端細径部の直径ｄ２は、ｄ１−ｄ２＝０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定されている。これにより図１において高速回転中にもし開口部である隙間Ａに潤滑剤８があり、流出しようとした場合でも潤滑剤８は遠心力で径が大きい図中ＲＢの部分に流れ込むため潤滑剤８の流出がない。図２の縦軸は潤滑剤８の流出量であり一定時間の間欠運転前後の軸受内部油量の変化率を示している。径差ｄ１−ｄ２は０．１ｍｍでは効果が不充分であり、０．９ｍｍ以上では固定軸２の径細部（ｄ２）が細すぎて機械的強度が弱くなる欠点が発生する場合があり、この径差は０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲が適切である。
【００１１】
また、図１の流体軸受装置が高速回転中には、図中Ｅの隙間部分からも潤滑剤８が外部に流出しないように機能している。隙間部分Ｅの寸法としてＲＥは、ラジアル動圧溝４Ｂのベース部材側の油溜まり部の半径方向隙間であり、このＥにおいて、図３に示すように固定軸の直径ｄ１に対し細径部の直径ｄ３は、ｄ１−ｄ３＝０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定されている。これにより図１において高速回転中にもし開口部である隙間Ｅに潤滑剤８があり、流出しようとした場合も潤滑剤８は遠心力で径が大きい図中Ｅの部分に流れ込むため潤滑剤８の流出がない。図３の縦軸は潤滑剤８の流出量である。径差ｄ１−ｄ３は０．１ｍｍでは効果が不充分であり、０．９ｍｍ以上では固定軸２の径細部（ｄ３）が細すぎて機械的強度が弱くなる欠点が発生する場合があり、この径差は０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲が適切である。
【００１２】
さらに図１において流体軸受装置が停止中にはスラスト動圧溝６Ａの部分と図中Ｂ部（フランジ部材３の外周面と、段状凹部５Ａの内周面からなる隙間）に注入された潤滑剤８は、隙間部分Ａよりも隙間部分Ｂの方が隙間が狭いため、潤滑剤８は毛細管現象により隙間部分Ｂに保持され、隙間部分Ａ部には浸入する事がない。即ち大きさＲＡの隙間とＲＢの隙間の関係はＲＡ＞ＲＢである事により、急に回転が始まっても潤滑剤８はＡ部から遠心力で外部に流出する心配がない。さらに詳細には、図４において縦軸はオイル流出量であり一定時間の間欠運転前後の軸受内部油量の変化率を示しているが、大きさＲＡの隙間は０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの間であり、またＲＢの隙間は０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの間に設定している。寸法差ＲＡ−ＲＢは０．１ｍｍ未満では効果が不充分であり、０．９ｍｍ以上では隙間ＲＡが大きくなる事により潤滑剤が流出する危険性が生じるので不適切である。
【００１３】
さらに図１において流体軸受装置が停止状態から起動する瞬間に隙間部分Ｅからの流出についても以下のように防止されている。詳細には図中の隙間部分Ｄ（２組のラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂの間の空気溜まりまたは潤滑剤溜まりになる部分）の隙間は充分に狭く、図中ＲＤ寸法よりもＲＥ寸法の方が隙間寸法として広いため、軸受が停止中において潤滑剤８は毛細管現象によりＤの部分に保持され、隙間部分Ｅには浸入しない。即ちＲＤの隙間とＲＥの隙間の関係はＲＥ＞ＲＤである事により潤滑剤８は隙間部分Ｅに溜まりにくいため、急に回転が始まっても潤滑剤８は隙間部分Ｅから遠心力で外部（下方）に流出する心配がない。さらに詳細には、図５において縦軸はオイル流出量を示しているが、下端部ＲＥの隙間は０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍの間であり、また中央部のＲＤの隙間は０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの間に設定している。隙間ＲＥは０．０３ｍｍ未満では隙間が小さすぎて固定軸２とスリーブ４が干渉する危険性があり、０．６ｍｍ以上では隙間ＲＥが大きくなる事により潤滑剤が流出する危険性が生じるので不適切である。
【００１４】
また、図１において軸受の回転時においてもフランジ部材３のスラスト動圧溝６Ａは、第７図に示すように溝パターンの内径をＤｉ、外径をＤｏとした時に、一般的には、基準径Ｄｍは、Ｄｉの二乗とＤｏの二乗の２つの値の平均値のさらにその平方根の値になるのであるが、本発明において、Ｄｍは、その計算値より０．２ｍｍ以上大きく設計している。これにより回転中に潤滑剤８は図１において内径から外径方向に向けて（図中の隙間ＲＢに向けての方向）流れを作る方向にポンピング力を発生するため、図中Ａ部から潤滑剤８が流出する事がない。図６にもこれらＤｏ、Ｄｍ、Ｄｉの寸法を示している。尚、図８に示すスラスト動圧溝６Ｂはフランジ部材３がスリーブ４の端部と当設する面に設けられているが、Ｕｉ、Ｕｍ、Ｕｏは上記一般的な関係式を満たしており潤滑剤８は回転中に特別な流れは生じない。
【００１５】
図６においてラジアル動圧溝４Ｂは、その上半分の長さは図中ＬＢ、下半分の長さはＬＡである、ＬＡ＞ＬＢの関係を保つことで、潤滑剤８が下方から流出しないようポンピング力を発生するように構成されている。寸法差ＬＡ−ＬＢは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定している。この寸法差が小さいとポンピング力の発生が不充分であり、この差が大きすぎると本軸受装置全体の高さ寸法を小さくできないという問題が生じる。
【００１６】
また、段状凹部５Ａの内部で、フランジ部材３とラジアル動圧溝４の間は、充分広い隙間であり、空気室（図中Ｃ）になるが、この部分の空気は温度変化等により体積が変化した場合は通気穴４Ｃから排出または吸入されるため潤滑剤８は隙間から流出しない。
【００１７】
また、スラスト板６はロータ５またはスリーブ４にカシメ、接着、ネジ止め等の手段により固定されて完全にシールが行われ、高速回転時にもオイルが流出することを防止する。
【００１８】
以上のように本実施形態によれば潤滑剤８は、高速回転中、停止中、また圧力や温度に変化があった場合も外部に流出しないため、高い信頼性を有する流体軸受装置の構成が得られる。
【００１９】
図９は動圧軸受を用いたディスク装置であり、以下にその構成を説明する。１はベース部材、２は固定軸、３はフランジ部材、４はスリーブ、５はロータ、６はスラスト板、９はロータ磁石、１０はモータステータ、１１は上蓋、１２はディスク、１３はスペーサ、１４はヘッド、１５はカラー、１６はカラー１５を回動自在に支える支軸、１７はネジまたはナットのいずれかである。固定軸２の上端部は上蓋１１とネジまたはナットにより固定され装置全体が強固に構成される。
【００２０】
図９に基づき動作について説明する。モータステータ１０に通電されると、ロータ磁石９は、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６、ディスク１２、スペーサ１３と共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂ、スラスト動圧溝６Ａは潤滑剤８を掻き集めポンピング作用により圧力を発生しロータ磁石９、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６、ディスク１２、スペーサ１３からなる回転体は完全非接触状態となり、ディスク１２は高精度に一定速度で回転する。ヘッド１４は支軸１６とカラー１５に回動自在に支えられディスク１２との間で信号の記録または再生を行う。
【００２１】
高精度の回転が可能であり潤滑剤の流出がない動圧軸受とディスク装置の組み合わせ効果は工業上大変価値が高く、記録密度を大幅に向上でき、また長時間に亘り高いディスク記録装置の信頼性が保証され、多くのコンピュータ等に搭載が可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の流体軸受装置は、スラスト板とフランジ部材とが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝を、潤滑剤に対しフランジ部材の内径
部側から外径部側に向けて流れを作るポンピング力を発生する魚骨状のパターンとし、フランジ部材とスリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝を、フランジ部材の内径部側、外径部側、いずれの方向にも潤滑剤の流れを作らない魚骨状パターンを有する構成としたことにより、スラスト板の内周面と軸外周面からなる隙間部分からの潤滑剤の流出を防止する事ができ、また、このような流体軸受装置を回転支持部に用いることにより、高精度回転が可能で長期にオイル流出がない高性能なモータ及びディスク記録装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における動圧軸受装置の断面図
【図２】 図１に示す動圧軸受装置の固定軸の軸径差とオイル流出量の関係を示す図
【図３】 図１に示す動圧軸受装置の固定軸の軸径差とオイル流出量の関係を示す図
【図４】 図１に示す動圧軸受装置の半径隙間とオイル流出量の関係を示す図
【図５】 図１に示す動圧軸受装置の半径隙間とオイル流出量の関係を示す図
【図６】 動圧溝の寸法関係を示す図
【図７】 スラスト動圧溝の寸法関係を示す図
【図８】 スラスト動圧溝の寸法関係を示す図
【図９】 本発明のディスク記録装置の断面図
【図１０】 従来の動圧軸受装置の断面図
【符号の説明】
１ ベース部材
２ 固定軸
３ フランジ部材
４ スリーブ
４Ａ，４Ｂ ラジアル動圧溝
４Ｄ 径大部
４Ｅ 軸受穴
５ ロータ
５Ａ 段状凹部
６ スラスト板
６Ａ，６Ｂ スラスト動圧溝
８ 潤滑剤
９ ロータ磁石
１０ モータステータ
１２ ディスク
１４ ヘッド
【発明の属する技術分野】
近年、ディスクを回転させながら信号の記録再生を行うディスク記録装置はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の装置に用いられる回転装置は高速、高精度回転が必要となり、その回転主軸部には、米国特許第５５０４６３７号公報に開示されるような中心軸の両端を支持した構造の流体軸受装置が用いられ
ている。本発明は、これら記録または再生装置に用いられる動圧軸受装置及びこれを用いたモータ及びディスク記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図１０を参照しながら、上述した従来の動圧軸受装置の一例について説明する。図１０において、ベース部材２１には固定軸２２がその一端で固定され、スリーブ２４とロータハブ２５は一体的に構成され固定軸２２に対して回転自在に填め合わされている。固定軸２２の他端側近傍にはフランジ部材２３が固定され、フランジ部材２３はスリーブ２４またはロータハブ２５に設けられた段状凹部２５Ａに収納される。フランジ部材２３に対向してスラスト板２６がスリーブ２４またはロータハブ２５に固定されている。固定軸２２の外周面または、スリーブ２４の軸受孔２４Ｃの内周面のいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の魚骨状のラジアル動圧溝２４Ａ、２４Ｂが設けられ、フランジ部材２３と、スラスト板２６の対向面の少なくともいずれか一方には、魚骨状または螺旋状の動圧溝２３Ａが設けられ、また必要に応じフランジ部材２３の下面とスリーブ２４または段状凹部２５Ａが当接する面のいずれか一方にもスラスト動圧溝２３Ｂを有しており、それぞれの動圧溝、２４Ａ、２４Ｂ、２３Ａ、２３Ｂには潤滑剤２７が注油されている。ロータハブ２５にはロータ磁石２８が、またベース部材２１にはモータステータ２９が取り付けられている。２２Ａは図中Ｅ部に溜まった空気を外部に排出可能な通気穴、２４Ｃは図中Ｆ部に溜まった空気を外部に排出可能な通気穴である。第１０図においてスリーブ２４はロータハブ２５の内部に固定されている。
【０００３】
以上のように構成された従来の動圧軸受装置について、図１０を用いてその動作について説明する。モータステータ２９に通電がされ、回転磁界が発生すると、ロータ磁石２８は、ロータハブ２５、スリーブ２４、スラスト板２６と共に回転を始める。この時、魚骨状のラジアル動圧溝２４Ａ、２４Ｂは潤滑剤２７を掻き集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また魚骨状または螺旋状のスラスト動圧溝２３Ａ、２３Ｂもそれぞれ潤滑剤２７を掻き集めこれらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となり回転する。そして図示しないディスクがロータハブ２５に取付けられ、スリーブと一緒に回転駆動され、図示しないヘッドにより電気信号の記録と再生が行われる。このような信号の記録再生については一般のハードディスク装置と同じであり詳細については説明を省略する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、次の様な問題点がある。図１０に示すように、動圧軸受装置がまず停止中において、スラスト動圧溝２３Ａ部及び図中Ｅ部（フランジ部材２３の外周面と、段部２５Ａの内周面からなる隙間であり、半径方向の隙間寸法は図中記号ＲＥで表わしている。）に注入されていた潤滑剤が毛細管現象によりＥ部よりも隙間が小さい図中Ｆ部（スラスト板２６の内周面と固定軸２２の外周面からなる隙間であり、半径方向の隙間寸法は記号ＲＦで表わしている。）に移動し、やがて時間が経つと上から目視できる位置に潤滑剤が盛り上がり始める。そしてモータステータ２９に通電され、回転磁界によりロータ磁石２８がスリーブ２４、ロータハブ２５、スラスト板２６と共に回転を始めた瞬間に、図中Ｆ部の潤滑剤２７が流出潤滑剤２７ａ、２７ｂとして遠心力で流出する問題があった。また同様に、図中Ｇに示す潤滑剤溜まり部の半径隙間をＲＧ、図中Ｈに示す潤滑剤溜まり部の半径隙間をＲＨとすると、潤滑剤溜まり部Ｇの潤滑剤２７はＨ部分に移動し下方へ飛散する心配があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の動圧軸受装置は、一端側近傍にフランジ部材が取り付けられた軸と、軸受穴を有するスリーブと、前記スリーブの段状凹部に前記フランジ部材を収納し、前記フランジ部材に対向するように前記スリーブに固定されるスラスト板と、前記軸の外周面と前記スリーブの軸受穴の内周面の対向する面の少なくともいずれか一方にラジアル動圧溝を形成し、前記フランジ部材と前記スラスト板とが対向する面の少なくともいずれか一方の面、又は前記フランジ部材と前記スリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方の面にはスラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝と前記スラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、前記スラスト板と前記フランジ部材とが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝は、前記潤滑剤に対し前記フランジ部材の内径部側から外径部側に向けて流れを作るポンピング力を発生する魚骨状のパターンを有し、前記フランジ部材と前記スリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝は、前記フランジ部材の内径部側、外径部側、いずれの方向にも前記潤滑剤の流れを作らない魚骨状パターンを有する構成としたことにより、動圧軸受装置における潤滑剤の流出を防止したものである。
【０００６】
また、本発明のモータは、上記構成を有し、前記ラジアル動圧溝及びスラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、前記スリーブにはロータ磁石が、前記ベース部材にはモータステータが取り付けらた動圧軸受装置を有することにより、潤滑剤の流出を防止しモータの性能と信頼性を向上させることが可能になる。
【０００７】
また、本発明のディスク記録装置は、上記構成を有する動圧軸受装置のスリーブにロータハブを固定し、前記ロータハブに記録再生用ディスクを固定し、前記記録再生用ディスクの面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、この磁気ヘッドまたは光学ヘッドは前記ディスク面に平行に移動自在に構成され、前記ディスクに対し信号の記録または再生を行うものであり、上記動圧軸受装置を用いることにより、潤滑剤の流出を防止しデ
ィスク記録装置の性能と信頼性を向上させることが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態における流体軸受装置について、図１〜図９を参照しながら説明する。図１は本実施形態における流体軸受装置の断面図を示している。図１において、固定軸２は、その一端がベース部材１に固定され、この固定軸２は他端側近傍にフランジ部材３を有し、この固定軸２の外周には軸受穴４Ｅを有し、ロータ５と一体的に設けられたスリーブ４が回転自在に填め合わされ、また、フランジ部材３はスリーブ４または、ロータ５の段部５Ａに収納されている。またフランジ部材３の固定軸２の他端側の平面に対向する位置に略リング形状のスラスト板６がスリーブ４またはロータ５に固定されている。スラスト板６のベース部材側の平面または、フランジ部材３のスラスト板６に対向する面の少なくともいずれか一方には略魚骨状のスラスト動圧溝６Ａが設けられ、また固定軸２の外周面またはスリーブ４の軸受穴４Ｅのいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の、例えば魚骨状のラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂが設けられ、ラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂ、及びスラスト動圧溝６Ａには潤滑剤８が注入されている。スリーブ４に固定されたロータ５にはロータ磁石９が、またベース部材１にはモータステータ１０が固定されている。フランジ部材３の下面部（図中Ｃ部）は隙間部分でありこの部分は空気室または油溜まりになっており、このＣ部からスリーブ４とロータ５の間の内部を通って外気に連通する通気穴４Ｃを有している。図中Ｄは２組のラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂの間に設けた軸受穴４Ｅの径大部であり、空気室または油溜まりになっている。また、図中Ｅはラジアル動圧溝４Ｂからベース部材１側に隣接して軸受穴４Ｅに設けられた隙間部分であり油溜まりになっている。
【０００９】
以上のように構成された本実施形態の流体軸受装置について、図１を用いてその動作について説明する。図１において、モータステータ１０に通電がされ、回転磁界が発生すると、ロータ磁石９は、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６と共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂ、スラスト動圧溝６Ａは潤滑剤８を掻き集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、ロータ磁石９、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６からなる回転体は完全非接触状態となり回転する。
【００１０】
詳細には図１において流体軸受装置が高速回転中にも図中Ａの隙間小部分から潤滑剤８が外部に流出しないように機能している。詳細には、図中の隙間部分Ａの寸法としてＲＡはスラスト板６の内周面と固定軸２の外周面からなる半径方向隙間であり、このＡにおいて、図２に示すように固定軸の直径ｄ１に対し軸端細径部の直径ｄ２は、ｄ１−ｄ２＝０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定されている。これにより図１において高速回転中にもし開口部である隙間Ａに潤滑剤８があり、流出しようとした場合でも潤滑剤８は遠心力で径が大きい図中ＲＢの部分に流れ込むため潤滑剤８の流出がない。図２の縦軸は潤滑剤８の流出量であり一定時間の間欠運転前後の軸受内部油量の変化率を示している。径差ｄ１−ｄ２は０．１ｍｍでは効果が不充分であり、０．９ｍｍ以上では固定軸２の径細部（ｄ２）が細すぎて機械的強度が弱くなる欠点が発生する場合があり、この径差は０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲が適切である。
【００１１】
また、図１の流体軸受装置が高速回転中には、図中Ｅの隙間部分からも潤滑剤８が外部に流出しないように機能している。隙間部分Ｅの寸法としてＲＥは、ラジアル動圧溝４Ｂのベース部材側の油溜まり部の半径方向隙間であり、このＥにおいて、図３に示すように固定軸の直径ｄ１に対し細径部の直径ｄ３は、ｄ１−ｄ３＝０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定されている。これにより図１において高速回転中にもし開口部である隙間Ｅに潤滑剤８があり、流出しようとした場合も潤滑剤８は遠心力で径が大きい図中Ｅの部分に流れ込むため潤滑剤８の流出がない。図３の縦軸は潤滑剤８の流出量である。径差ｄ１−ｄ３は０．１ｍｍでは効果が不充分であり、０．９ｍｍ以上では固定軸２の径細部（ｄ３）が細すぎて機械的強度が弱くなる欠点が発生する場合があり、この径差は０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲が適切である。
【００１２】
さらに図１において流体軸受装置が停止中にはスラスト動圧溝６Ａの部分と図中Ｂ部（フランジ部材３の外周面と、段状凹部５Ａの内周面からなる隙間）に注入された潤滑剤８は、隙間部分Ａよりも隙間部分Ｂの方が隙間が狭いため、潤滑剤８は毛細管現象により隙間部分Ｂに保持され、隙間部分Ａ部には浸入する事がない。即ち大きさＲＡの隙間とＲＢの隙間の関係はＲＡ＞ＲＢである事により、急に回転が始まっても潤滑剤８はＡ部から遠心力で外部に流出する心配がない。さらに詳細には、図４において縦軸はオイル流出量であり一定時間の間欠運転前後の軸受内部油量の変化率を示しているが、大きさＲＡの隙間は０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの間であり、またＲＢの隙間は０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの間に設定している。寸法差ＲＡ−ＲＢは０．１ｍｍ未満では効果が不充分であり、０．９ｍｍ以上では隙間ＲＡが大きくなる事により潤滑剤が流出する危険性が生じるので不適切である。
【００１３】
さらに図１において流体軸受装置が停止状態から起動する瞬間に隙間部分Ｅからの流出についても以下のように防止されている。詳細には図中の隙間部分Ｄ（２組のラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂの間の空気溜まりまたは潤滑剤溜まりになる部分）の隙間は充分に狭く、図中ＲＤ寸法よりもＲＥ寸法の方が隙間寸法として広いため、軸受が停止中において潤滑剤８は毛細管現象によりＤの部分に保持され、隙間部分Ｅには浸入しない。即ちＲＤの隙間とＲＥの隙間の関係はＲＥ＞ＲＤである事により潤滑剤８は隙間部分Ｅに溜まりにくいため、急に回転が始まっても潤滑剤８は隙間部分Ｅから遠心力で外部（下方）に流出する心配がない。さらに詳細には、図５において縦軸はオイル流出量を示しているが、下端部ＲＥの隙間は０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍの間であり、また中央部のＲＤの隙間は０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの間に設定している。隙間ＲＥは０．０３ｍｍ未満では隙間が小さすぎて固定軸２とスリーブ４が干渉する危険性があり、０．６ｍｍ以上では隙間ＲＥが大きくなる事により潤滑剤が流出する危険性が生じるので不適切である。
【００１４】
また、図１において軸受の回転時においてもフランジ部材３のスラスト動圧溝６Ａは、第７図に示すように溝パターンの内径をＤｉ、外径をＤｏとした時に、一般的には、基準径Ｄｍは、Ｄｉの二乗とＤｏの二乗の２つの値の平均値のさらにその平方根の値になるのであるが、本発明において、Ｄｍは、その計算値より０．２ｍｍ以上大きく設計している。これにより回転中に潤滑剤８は図１において内径から外径方向に向けて（図中の隙間ＲＢに向けての方向）流れを作る方向にポンピング力を発生するため、図中Ａ部から潤滑剤８が流出する事がない。図６にもこれらＤｏ、Ｄｍ、Ｄｉの寸法を示している。尚、図８に示すスラスト動圧溝６Ｂはフランジ部材３がスリーブ４の端部と当設する面に設けられているが、Ｕｉ、Ｕｍ、Ｕｏは上記一般的な関係式を満たしており潤滑剤８は回転中に特別な流れは生じない。
【００１５】
図６においてラジアル動圧溝４Ｂは、その上半分の長さは図中ＬＢ、下半分の長さはＬＡである、ＬＡ＞ＬＢの関係を保つことで、潤滑剤８が下方から流出しないようポンピング力を発生するように構成されている。寸法差ＬＡ−ＬＢは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲に設定している。この寸法差が小さいとポンピング力の発生が不充分であり、この差が大きすぎると本軸受装置全体の高さ寸法を小さくできないという問題が生じる。
【００１６】
また、段状凹部５Ａの内部で、フランジ部材３とラジアル動圧溝４の間は、充分広い隙間であり、空気室（図中Ｃ）になるが、この部分の空気は温度変化等により体積が変化した場合は通気穴４Ｃから排出または吸入されるため潤滑剤８は隙間から流出しない。
【００１７】
また、スラスト板６はロータ５またはスリーブ４にカシメ、接着、ネジ止め等の手段により固定されて完全にシールが行われ、高速回転時にもオイルが流出することを防止する。
【００１８】
以上のように本実施形態によれば潤滑剤８は、高速回転中、停止中、また圧力や温度に変化があった場合も外部に流出しないため、高い信頼性を有する流体軸受装置の構成が得られる。
【００１９】
図９は動圧軸受を用いたディスク装置であり、以下にその構成を説明する。１はベース部材、２は固定軸、３はフランジ部材、４はスリーブ、５はロータ、６はスラスト板、９はロータ磁石、１０はモータステータ、１１は上蓋、１２はディスク、１３はスペーサ、１４はヘッド、１５はカラー、１６はカラー１５を回動自在に支える支軸、１７はネジまたはナットのいずれかである。固定軸２の上端部は上蓋１１とネジまたはナットにより固定され装置全体が強固に構成される。
【００２０】
図９に基づき動作について説明する。モータステータ１０に通電されると、ロータ磁石９は、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６、ディスク１２、スペーサ１３と共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝４Ａ、４Ｂ、スラスト動圧溝６Ａは潤滑剤８を掻き集めポンピング作用により圧力を発生しロータ磁石９、スリーブ４、ロータ５、スラスト板６、ディスク１２、スペーサ１３からなる回転体は完全非接触状態となり、ディスク１２は高精度に一定速度で回転する。ヘッド１４は支軸１６とカラー１５に回動自在に支えられディスク１２との間で信号の記録または再生を行う。
【００２１】
高精度の回転が可能であり潤滑剤の流出がない動圧軸受とディスク装置の組み合わせ効果は工業上大変価値が高く、記録密度を大幅に向上でき、また長時間に亘り高いディスク記録装置の信頼性が保証され、多くのコンピュータ等に搭載が可能になる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の流体軸受装置は、スラスト板とフランジ部材とが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝を、潤滑剤に対しフランジ部材の内径
部側から外径部側に向けて流れを作るポンピング力を発生する魚骨状のパターンとし、フランジ部材とスリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝を、フランジ部材の内径部側、外径部側、いずれの方向にも潤滑剤の流れを作らない魚骨状パターンを有する構成としたことにより、スラスト板の内周面と軸外周面からなる隙間部分からの潤滑剤の流出を防止する事ができ、また、このような流体軸受装置を回転支持部に用いることにより、高精度回転が可能で長期にオイル流出がない高性能なモータ及びディスク記録装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における動圧軸受装置の断面図
【図２】 図１に示す動圧軸受装置の固定軸の軸径差とオイル流出量の関係を示す図
【図３】 図１に示す動圧軸受装置の固定軸の軸径差とオイル流出量の関係を示す図
【図４】 図１に示す動圧軸受装置の半径隙間とオイル流出量の関係を示す図
【図５】 図１に示す動圧軸受装置の半径隙間とオイル流出量の関係を示す図
【図６】 動圧溝の寸法関係を示す図
【図７】 スラスト動圧溝の寸法関係を示す図
【図８】 スラスト動圧溝の寸法関係を示す図
【図９】 本発明のディスク記録装置の断面図
【図１０】 従来の動圧軸受装置の断面図
【符号の説明】
１ ベース部材
２ 固定軸
３ フランジ部材
４ スリーブ
４Ａ，４Ｂ ラジアル動圧溝
４Ｄ 径大部
４Ｅ 軸受穴
５ ロータ
５Ａ 段状凹部
６ スラスト板
６Ａ，６Ｂ スラスト動圧溝
８ 潤滑剤
９ ロータ磁石
１０ モータステータ
１２ ディスク
１４ ヘッド
Claims (3)
- 一端側近傍にフランジ部材が取り付けられた軸と、軸受穴を有するスリーブと、前記スリーブの段状凹部に前記フランジ部材を収納し、前記フランジ部材に対向するように前記スリーブに固定されるスラスト板と、前記軸の外周面と前記スリーブの軸受穴の内周面の対向する面の少なくともいずれか一方にラジアル動圧溝を形成し、前記フランジ部材と前記スラスト板とが対向する面の少なくともいずれか一方の面、又は前記フランジ部材と前記スリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方の面にはスラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝と前記スラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、前記スラスト板と前記フランジ部材とが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝は、前記潤滑剤に対し前記フランジ部材の内径部側から外径部側に向けて流れを作るポンピング力を発生する魚骨状のパターンを有し、前記フランジ部材と前記スリーブとが対向する面の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝は、前記フランジ部材の内径部側、外径部側、いずれの方向にも前記潤滑剤の流れを作らない魚骨状パターンを有する構成とした動圧軸受装置。
- 前記ラジアル動圧溝及びスラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、前記スリーブにはロータ磁石が、前記ベース部材にはモータステータが取り付けられた請求項 1 記載の動圧軸受装置を有するモータ。
- 請求項１記載の動圧軸受装置のスリーブにロータハブを固定し、前記ロータハブに記録再生用ディスクを固定し、前記記録再生用ディスクの面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、この磁気ヘッドまたは光学ヘッドは前記ディスク面に平行に移動自在に構成され、前記ディスクに対し信号の記録または再生を行うディスク記録装置。
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