JP3872500B2 - 流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置に関するものである。

従来、この種の流体動圧軸受としては、例えば、特許文献１および特許文献２に示す構造のものがある。
これらの流体動圧軸受は、シャフトとハウジングとの隙間に作動流体を満たし、回転により発生する動圧を利用して、シャフトとハウジングとを相互に接触しないように維持しながら、ハウジングに対してシャフトを回転自在に支持させるものである。

特許文献１の流体動圧軸受は、シャフトの一端に動圧発生溝が形成されたスラスト軸受板（フランジ）を備え、作動流体の循環補給を目的として、動圧発生溝が形成された環状領域よりも径方向内側に、スラスト軸受板を軸方向に貫通する貫通孔を備えている。
また、特許文献２の流体動圧軸受は、シャフトの一端に、ステップ状の動圧発生手段を備えたスラスト軸受板（スラストプレート部）を備え、作動流体に混入した空気を抜くための呼吸孔として、動圧発生手段よりも径方向内側に、スラスト軸受板を軸方向に貫通する貫通孔を備えている。

また、一般に、このスラスト軸受板に形成される動圧発生溝は、シャフトの製造効率および製造コストを考慮して、スラスト軸受板を厚さ方向に挟み込むプレス加工により形成される。
プレス加工によりスラスト軸受板の端面に動圧発生溝を形成する場合には、スラスト軸受板を構成する材料が、プレスされることにより逃げる場所を形成しておかなければ、形成された動圧発生溝の深さにばらつきが生ずる不都合がある。特に、スラスト軸受板の半径方向外側に配されている部分の材料は、軸方向にプレスされると半径方向外方に逃げるが、半径方向内側に配されている部分の材料には逃げ場がなく、その結果、動圧発生溝が浅く形成されてしまうことになる。これを回避するために、動圧発生溝が形成される環状領域の内側には、環状領域よりも一段低く凹んだリング溝（内側溝）を形成し、該リング溝に向けてプレスされた材料を逃がすのが一般的である。
特開平１０−１９６６４３号公報（第２、３頁、図１等） 特開平１０−２１３１３３号公報（第６頁、図４等）

動圧発生溝が形成された環状領域の内周側にリング溝を設ける場合には、これらの特許文献１、２に開示されている流体動圧軸受においては、貫通孔がリング溝内に形成されることになる。しかしながら、シャフトの停止時等、シャフトがハウジングに対して軸方向一方向に移動している状態では、動圧発生溝が形成されている環状領域は、リング溝と環状領域との間の段差によって、リング溝と比較するとその隙間寸法が非常に狭くなっている。このため、このリング溝内に設けられている貫通孔を通してスラスト軸受板の他端面側から作動流体が供給可能になっていたとしても、起動時に、貫通孔内の作動流体が、前記段差によって阻害され、環状領域におけるシャフトとフランジとの隙間に入りにくいという問題が考えられる。

また、上記のように、スラスト軸受板の端面とハウジング内面とが近接している停止状態からの起動時においては、動圧発生溝が設けられた環状領域には、動圧発生溝による作動流体の引き込みにより発生する負圧によって、作動流体の絶対量が少ない場所に気泡が発生する。発生した気泡は、シャフトの回転時には、環状領域内の広い範囲にわたって滞留するが、シャフトの停止後にはリング溝内に滞留し易くなる。気泡が発生すると、作動流体による潤滑性能が低下して、回転が不安定になり、振動が発生する等の不都合がある。また、気泡の発生により作動流体の液面が上昇するため、ハウジング外部に漏洩する不都合も考えられる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、スラスト軸受板の端面における動圧発生溝をプレス加工により均一な深さに形成することを可能としながら、動圧発生溝への作動流体の安定した供給を可能として気泡の発生を抑制するとともに、発生した気泡を効率よく逃がして、回転時の振動や作動流体の漏洩を効果的に防止することができる流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、軸体とこの軸体の外周面に全周にわたって半径方向に延びる鍔状のスラスト軸受板とを備えるシャフトと、該シャフトを回転自在に収容するハウジングとを備え、これらシャフトとハウジングとの隙間に作動流体を充填してなり、前記スラスト軸受板の厚さ方向の端面または該端面に隙間をあけて対向するハウジングの内面に、前記シャフトと前記ハウジングとが軸線回りに相対回転させられたときに、スラスト軸受板の半径方向の内側および外側から半径方向の途中位置に向けて作動流体を引き込む動圧発生溝を形成することにより構成された環状の動圧発生面と、該動圧発生面の内周側に配置され該動圧発生面よりも厚さ方向に凹んだ内側溝部とが、前記端面に設けられ、前記動圧発生面に開口するように、前記スラスト軸受板を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられるとともに、該貫通孔の開口部と前記内側溝部とを接続する連通凹部が設けられている流体動圧軸受を提供する。

この発明によれば、スラスト軸受板に設けられた動圧発生面の内周側に設けられた、動圧発生面よりも厚さ方向に凹んだ内側溝部により、スラスト軸受板を厚さ方向に挟むプレス加工時に、内周側において圧縮された材料を逃がすことができ、動圧発生溝の深さを均一に製造することができる。したがって、製造効率を向上し製造コストを低減することができる。

また、本発明の流体動圧軸受によれば、シャフトがハウジングに対して軸方向一方向に移動して停止している停止状態において、シャフトとハウジングとを相対的に回転させることにより動圧発生面に作動流体の引き込み作用を発生させると、スラスト軸受板を厚さ方向に貫通する貫通孔を通して、スラスト軸受板の一端面側の広い隙間側から他端面側の狭い隙間側に向けて作動流体が移動する。この場合に、本発明によれば、貫通孔が動圧発生面に開口しているため、貫通孔を移動してきた作動流体は、動圧発生面に直接補給されることになる。その結果、動圧発生面において過度の負圧状態が発生することがなく、気泡の発生も防止することができる。

さらに、本発明の流体動圧軸受によれば、貫通孔の開口部が、動圧発生面の内周側に設けられている内側溝部に、連通凹部によって接続されているので、動圧発生面において発生した気泡が内側溝部に滞留させられても、内側溝部に接続された連通凹部を介して貫通孔から逃がすことができる。その結果、動圧発生面における作動流体の枯渇を防止して、シャフトとハウジングとを安定的に相対回転させることができる。

上記発明においては、前記連通凹部が、前記貫通孔の開口部に形成された面取部により構成されていることが好ましい。
この発明によれば、貫通孔と内側溝部とを、貫通孔の開口部に設けた面取部によって簡易に接続することができる。また、面取部によれば、貫通孔から供給される作動流体をスムーズに、スラスト軸受板の動圧発生面とハウジング内面との間の隙間に導くことができる。

また、上記発明においては、前記連通凹部が、前記内側溝部と同等の深さを有する溝により構成されていることが好ましい。内側溝部に滞留した気泡が連通凹部を通して貫通孔から逃げる際に、連通凹部と内側溝部との間に段差がなく、スムーズに貫通孔へ逃げることができる。

また、上記発明においては、前記動圧発生溝が、前記スラスト軸受板に設けられ、前記貫通孔が、前記動圧発生溝に一致する位置に設けられ、該動圧発生溝の一部により前記連通凹部が構成されていることとしてもよい。連通凹部を特別に設けることなく、上記と同様に、動圧発生面への作動流体の供給と、内側溝部からの気泡の排出を行うことが可能となる。

また、上記発明においては、前記連通凹部が、前記内側溝部から前記貫通孔の開口部に向けて、漸次浅くなる傾斜溝により構成されていることとしてもよい。
このようにすることで、内側溝部から貫通孔への気泡の排出をスムーズに行うことが可能となる。

さらに、上記発明においては、前記貫通孔が、前記シャフトの中心軸回りに周方向に等間隔をあけて複数設けられていることとしてもよい。貫通孔を等間隔に配置することで、シャフトが中心軸回りに回転する際の重量バランスを図ることができ、回転を安定させることができる。

また、本発明は、上記流体動圧軸受と、該流体動圧軸受のハウジングとシャフトとを相対回転させる駆動手段とを備えるモータを提供する。
この発明によれば、スラスト軸受板に設けた貫通孔の作用により、起動時においては、スラスト軸受板とハウジング内面との隙間に貫通孔を通して作動流体が補給され、シャフトを振動なく安定して回転させることができる。

さらに、本発明は、上記モータを備え、前記シャフトまたは前記ハウジングに記録媒体を固定する固定部が設けられている記録媒体駆動装置を提供する。
本発明によれば、シャフトまたはハウジングの固定部に固定された円板状の記録媒体を振動なく安定して回転させ、記録媒体への情報の書き込み、または読み出し時にエラーの発生を防止することができる。

本発明によれば、スラスト軸受板の動圧発生面に開口する貫通孔の作用により、該貫通孔を通して作動流体を動圧発生面に直接補給するので、動圧発生面に過度に負圧となる領域が発生することを防止し、気泡の発生や振動の発生を未然に防止することができるという効果を奏する。また、気泡の発生を防止することにより、気泡によって隙間から作動流体が追い出されて漏れることを防止することもできる。さらに、仮に気泡が発生して、軸体近傍の内側溝部に滞留しても、該気泡を連通凹部によって貫通孔から効率的に逃がして、動圧発生面における気泡の拡大を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る記録媒体駆動装置およびモータを模式的に示す縦断面図である。 図１の記録媒体駆動装置およびモータに用いられる、第１の実施形態の流体動圧軸受を模式的に示す一部を破断した縦断面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は図２の流体動圧軸受のスラスト軸受板に形成された動圧発生面を示す平面図であり、図３（ａ）は一側の端面、図３（ｂ）は他側の端面を示す図である。 図２の流体動圧軸受のスラスト軸受板の一部を部分的に示す縦断面図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は図２の流体動圧軸受のスラスト軸受板に設けた貫通孔と連通凹部の変形例におけるスラスト動圧発生面を示す平面図であり、図５（ａ）は一側の端面、図５（ｂ）は他側の端面を示す図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）の流体動圧軸受の一部を破断した縦断面図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は図２の流体動圧軸受のスラスト軸受板に設けた貫通孔と連通凹部の他の変形例におけるスラスト動圧発生面を示す平面図であり、図７（ａ）は一側の端面、図７（ｂ）は他側の端面を示す図である。 図２の流体動圧軸受の変形例を示す一部を破断した縦断面図である。 図８の流体動圧軸受のスラスト軸受板を切断して示す縦断面図である。 図９の流体動圧軸受のスラスト軸受板に設けた貫通孔と連通凹部の変形例を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る記録媒体駆動装置、モータおよび流体動圧軸受を模式的に示す縦断面図である。 図１１の流体動圧軸受のキャピラリーシールを示す拡大断面図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は図３（ａ）および図３（ｂ）の動圧発生面におけるスラスト動圧発生溝の変形例を示す平面図であり、図１３（ａ）は一側の端面、図１３（ｂ）は他側の端面を示す図である。 図１４（ａ）および図１４（ｂ）は図５（ａ）および図５（ｂ）の動圧発生面におけるスラスト動圧発生溝の変形例を示す平面図であり、図１４（ａ）は一側の端面、図１４（ｂ）は他側の端面を示す図である。 図１５（ａ）および図１５（ｂ）は図７の動圧発生面におけるスラスト動圧発生溝の変形例を示す平面図であり、図１５（ａ）は一側の端面、図１５（ｂ）は他側の端面を示す図である。 図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、スパイラル溝（図１６（ａ））とヘリングボーン溝（図１６（ｂ））によるスラスト動圧のピークの発生位置を比較して示す概念図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係る流体動圧軸受１は、図１に示される記録媒体駆動装置２に適用されるものである。この記録媒体駆動装置２は、円環状に配列されたコイル３を備えるステータ４と、該ステータ４の内側に配置されコイル３に対向配置される永久磁石５を備えたロータ６と、ステータ４に対してロータ６を回転可能に支持する流体動圧軸受１とから構成されるモータ７を備えている。ステータ４に備えられたコイル３と、ロータ６に備えられた永久磁石５とにより、ステータ４に対してロータ６を回転駆動する駆動手段８が構成されている。

前記ロータ６には、リング板状の記録媒体９を嵌合させる嵌合部（固定部）６ａと、後述する流体動圧軸受１のシャフト１０を嵌合させる嵌合孔６ｂとが備えられている。ロータ６の嵌合孔６ｂにシャフト１０の一端を嵌合させ、ロータ６の嵌合部６ａに記録媒体９を嵌合させることにより、これらロータ６、記録媒体９およびシャフト１０が一体的に構成されるようになっている。
前記ステータ４は、コイル３の中央に配置されるボス部４ａを備え、該ボス部４ａに後述する流体動圧軸受１のハウジング１１を嵌合させることにより、ロータ６に備えられた永久磁石５をコイル３に対向配置させて、コイル３により発生する交番磁界を永久磁石５に作用させることで、ステータ４に対しロータ６を回転させることができるようになっている。

本実施形態に係る流体動圧軸受１は、図２に示されるように、略円柱状の軸体１２と、該軸体１２の軸線方向の途中位置において、その外周面に全周にわたって半径方向に延びる鍔状のスラスト軸受板１３とを備えたシャフト１０と、該シャフト１０を収容するハウジング１１とから構成されている。ハウジング１１は、シャフト１０の各外面に対して微小間隙をあけて配される内面を備え、該内面とシャフト１０の外面との隙間には、オイル（作動流体）１４が充填されている。

前記軸体１２とスラスト軸受板１３とは、一体的に構成されている。スラスト軸受板１３の厚さ方向の一側に配置される軸体１２の外周面には、ヘリングボーン溝と呼ばれるラジアル動圧発生溝１５が複数形成されている。これらのラジアル動圧発生溝１５は、軸体１２の一端側から軸体１２外周面を構成する円筒面の母線に対して一方向に傾斜して延びる溝と、スラスト軸受板１３側から逆方向に傾斜して延びる溝とを組み合わせて構成されている。

スラスト軸受板１３の厚さ方向の両端面１３ａ，１３ｂには、図３（ａ），（ｂ）にそれぞれ示されるように、前記軸体１２との境界近傍に全周にわたって形成された円環状のリング溝（内側溝部）１６と、該リング溝１６の半径方向外方に隣接配置された円環状の動圧発生面１７とが備えられている。動圧発生面１７には、ヘリングボーン溝と呼ばれる多数のスラスト動圧発生溝１８が形成されている。これらのスラスト動圧発生溝１８は、それぞれリング溝１６側から半径方向外方に向かって、半径方向に対し一方向に傾斜して円弧状に延びた後、途中位置において屈曲し逆方向に傾斜して外周縁まで延びている。

スラスト動圧発生溝１８はプレス加工によってスラスト軸受板１３の端面１３ａ，１３ｂに形成されるが、動圧発生面１７の内周側に隣接して動圧発生面１７より一段凹んだリング溝１６が形成されているので、プレス加工時に、スラスト軸受板１３を構成している材料がリング溝１６側に逃げることができる。したがって、動圧発生面１７のスラスト動圧発生溝１８は、全面にわたって均一な深さで製造されていることになる。

また、スラスト軸受板１３には、図３（ａ），（ｂ）および図４に示されるように、該スラスト軸受板１３を厚さ方向に貫通する２つの貫通孔１９が設けられている。これらの貫通孔１９は、軸体１２の中心軸線回りに１８０°の角度間隔をあけて、同一半径方向位置に配置されている。各貫通孔１９は、リング溝１６に隣接する位置の動圧発生面１７に形成されているとともに、動圧発生面１７に開口する開口部１９ａ，１９ｂに、開口方向に向かって漸次広がるテーパ状の面取部２０を備えている。面取部２０は、その開口端側において、リング溝１６に重なる位置に形成され、その結果、リング溝１６の溝壁を一部切り欠いて、貫通孔１９とリング溝１６とを接続する連通凹部を構成している。

前記ハウジング１１は、一端を閉塞され、他端を開放された略円筒状のハウジング本体２１と、軸体１２の一端を突出させた状態で、ハウジング本体２１の開放端を閉鎖するアッパープレート２２とを備えている。ハウジング本体２１は、ラジアル動圧発生溝１５が形成された部分の軸体１２を収容する口径の小さいラジアル部収容穴２１ａと、スラスト軸受板１３を収容する口径の大きなスラスト部収容穴２１ｂとを備えている。

アッパープレート２２は、中央に軸体を貫通させる貫通孔２２ａを備えたリング板状に形成されている。貫通孔２２ａは、スラスト部収容穴２１ｂから外側に向かって漸次径が大きくなるテーパ内面状に形成されている。これにより、貫通孔２２ａ内に貫通させた軸体１２の外面との間に次第に幅の広がる円環状の隙間を形成し、内部に充填されたオイル１４をその表面張力によって外部に漏れないように保持するキャピラリーシールが構成されている。

ハウジング１１の内面と、ハウジング１１に収容されたシャフト１０の外面との間には、それぞれ隙間Ｃ１〜Ｃ４が設けられている。すなわち、ラジアル動圧発生溝１５が形成された軸体１２の外周面と、これに対向するラジアル部収容穴２１ａの内面との間には、ラジアル部収容穴２１ａの中央に軸体１２が配置された状態で、均一な隙間Ｃ３が形成されるようになっている。また、スラスト動圧発生溝１８が形成されたスラスト軸受板１３の一端面１３ａの動圧発生面１７と、これに対向するアッパープレート２２の内面、および、他端面１３ｂの動圧発生面１７と、これに対向するスラスト部収容穴２１ｂの底面との間には、それぞれ隙間Ｃ１，Ｃ２が形成されている。

これにより、シャフト１０がハウジング１１に対してその中心軸線回りに一方向に回転させられると、軸体１２の外面とラジアル部収容穴２１ａの内面との間では、軸体１２の一端側およびスラスト軸受板１３側から、ラジアル動圧発生溝１５に沿ってオイル１４が引き込まれる。その結果、軸体１２の長さ方向の途中位置に動圧がピークとなる領域が全周にわたって形成され、軸体１２がラジアル部収容穴２１ａの半径方向の中央に保持されるようになっている。また、スラスト軸受板１３の動圧発生面１７と、これに対向するスラスト部収容穴２１ｂの底面およびアッパープレート２２の内面との間には、動圧発生面１７の外周側およびリング溝１６側からスラスト動圧発生溝１８に沿ってオイル１４が引き込まれる結果、動圧が発生する円環状の動圧発生領域Ａが全周にわたって形成されるようになっている。これにより、スラスト軸受板１３は、スラスト部収容穴２１ｂの底面とアッパープレート２２の内面との間の軸方向のほぼ中央位置に保持されつつ回転されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る流体動圧軸受１、これを備えるモータ７および記録媒体駆動装置２の作用について、以下に説明する。
記録媒体駆動装置２を起動して記録媒体９を回転させるには、モータ７を構成するステータ４のコイル３に電流を供給することにより、コイル３に交番磁界を発生させる。この交番磁界が永久磁石５に作用することによってロータ６が回転させられる。ロータ６には、記録媒体９が固定されているので、ロータ６が回転させられると、記録媒体９がロータ６とともに回転させられることになる。

また、ロータ６が一方向に回転させられると、ロータ６に固定されたシャフト１０も一方向に回転させられる。このとき、シャフト１０に設けられたスラスト動圧発生溝１８およびラジアル動圧発生溝１５により、スラスト軸受板１３の厚さ方向の両端面１３ａ，１３ｂとアッパープレート２２の内面およびスラスト部収容穴２１ａの底面との隙間Ｃ１，Ｃ２、および、軸体１２の外面とラジアル部収容穴２１ａとの隙間Ｃ３に動圧が発生する。軸体１２の外面に発生する動圧は、全周にわたって均一に発生するので、シャフト１０がラジアル部収容穴２１ａの中心位置にバランスして保持される。また、スラスト軸受板１３の両端面１３ａ，１３ｂに発生する動圧は、それぞれ同等の動圧によってスラスト軸受板１３を厚さ方向に押圧するので、スラスト軸受板１３が、スラスト部収容穴２１ｂの底面とアッパープレート２２との間の空間の軸方向の中央位置にバランスして保持されることになる。

この場合において、モータ７の停止時には、動圧が発生していないので、シャフト１０はハウジング１１内において重力方向に下降している。したがって、例えば、図１に示すような上下関係に記録媒体駆動装置２が設置されている場合には、シャフト１０がハウジング１１に対して軸方向に下降した状態となり、下側の隙間Ｃ２は上側の隙間Ｃ１よりも小さくなる。この状態でモータ７を起動すると、各隙間Ｃ１，Ｃ２においては、動圧発生溝１８によりオイル１４がリング溝１６側から半径方向外方に引き込まれるが、本実施形態に係る流体動圧軸受１によれば、動圧発生面１７に開口する貫通孔１９が設けられているので、下側の狭い隙間Ｃ２には上側の広い隙間Ｃ１から貫通孔１９を介してオイル１４が供給される。

その結果、狭い隙間Ｃ２においてオイル１４が引き込まれることによる過度の負圧状態の発生が防止され、オイル１４中における気泡の発生が未然に防止されることになる。特に、貫通孔１９を動圧発生面１７に開口させることで、オイル１４を動圧発生面１７に直接供給することができ、起動時の急激なオイル１４の引き込みによっても気泡の発生を有効に防止することができる。また、本実施形態によれば、開口部１９ａ，１９ｂに面取部２０が設けられることにより、貫通孔１９から動圧発生領域Ａに供給されるオイル１４が、動圧発生領域Ａに広がるようにスムーズに供給されることになるので、さらに効果的である。

オイル１４内における気泡の発生を防止することにより、動圧発生領域Ａに発生する動圧の変動を防止して、シャフト１０を振動なく安定して回転させることができる。また、気泡の発生を防止することにより、シャフト１０とハウジング１１との間に常にオイル１４を介在させておくことができ、シャフト１０とハウジング１１との接触による損傷等を防止することができる。さらに、気泡の発生によりオイル１４が隙間Ｃ１〜Ｃ４から追い出されることを防止して、オイル漏れ等の不具合の発生を回避することができる。

また、仮にオイル１４内に気泡が発生した場合、あるいは、混入していた場合においては、モータ７の停止時には、気泡は、比較的容積の大きなリング溝１６内に滞留させられることになる。本実施形態に係る流体動圧軸受１によれば、動圧発生面１７に開口する貫通孔１９とリング溝１６とを接続する面取部２０が設けられているので、リング溝１６に滞留していた気泡は、面取部２０を介して貫通孔１９内に放出されるように促される。貫通孔１９はスラスト軸受板１３を厚さ方向に貫通して、その上部開口部１９ａが大気圧のキャピラリーシール部に近接して配置されているので、貫通孔１９内に放出された気泡は、上部開口部１９ａからキャピラリーシール部を経て大気中に放出されることになる。

すなわち、本実施形態によれば、仮に気泡が発生しても、長期にわたってリング溝１６内に閉じ込められることがなく、動圧発生領域Ａに気泡が滞留して上述した種々の不都合を発生させてしまうことを防止できる。
また、本実施形態に係る流体動圧軸受１においては、貫通孔１９を中心軸線に対して軸対称の位置に２カ所設けたので、動圧発生領域Ａにオイル１４を分配供給することができる。また、シャフト１０の重量バランスを図ることもできる。
そして、このようにして構成された本実施形態に係る流体動圧軸受１およびモータ７を備えた記録媒体駆動装置２によれば、記録媒体９を振動させることなく安定して回転させることができるので、記録媒体９への情報の書き込み、および記録媒体からの情報の読み出しを正確に行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態に係る流体動圧軸受１においては、スラスト軸受板１３を貫通する貫通孔１９を２カ所に設けたが、これに代えて、３カ所以上に設けることにしてもよい。この場合にも、シャフト１０の中心軸線から同一の半径方向距離に、かつ、中心軸線回りに周方向に等間隔をあけて配置することにより、重量バランスを図るとともに、貫通孔１９から動圧発生領域Ａへのオイル１４の均等な分配供給を図ることができる。

さらに、上記実施形態においては、図２および図４に示されるように、貫通孔１９の開口部１９ａ，１９ｂに形成した面取部２０によってリング溝１６と貫通孔１９とを接続する連通凹部を構成したが、これに代えて、図５（ａ），（ｂ）および図６に示されるように、貫通孔１９とリング溝１６とを直接接続する直溝状の連通凹部２３を設けることにしてもよい。この場合、連通凹部２３の深さとリング溝１６の深さとは略同程度であることが好ましい。リング溝１６から貫通孔１９へ気泡を逃がす際に、段差なくスムーズに排出することができるからである。また、リング溝１６から貫通孔１９に向けて漸次深さが浅くなるスロープを設けてもよい。段差によることなくスロープによれば、気泡をスムーズに貫通孔１９へ放出することができるからである。
また、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、貫通孔１９をいずれかの動圧発生溝１８に一致する位置に形成し、貫通孔１９とリング溝１６とを接続する連通凹部として動圧発生溝１８自体を利用することにしてもよい。

また、ラジアル動圧発生溝１５およびスラスト動圧発生溝１８をそれぞれシャフト１０の外周面およびスラスト軸受板１３の端面に設けることとしたが、これに代えて、これらの面に対向するハウジング１１内面に形成することとしてもよい。また、ハウジング１１に対してシャフト１０を回転させる場合について説明したが、これに代えて、シャフト１０を固定し、ハウジング１１を回転させる構造を採用してもよい。

また、本実施形態においては、軸体１２の長さ方向の途中位置にスラスト軸受板１３を備えるシャフト１０を有する流体動圧軸受１について説明したが、これに代えて、図８〜図１０に示されるように、軸体１２′の一端にスラスト軸受板１３′を備え、該スラスト軸受板１３′の外周面にラジアル動圧発生溝１５′を備える形式のシャフト１０′を有する流体動圧軸受１′，１″に適用してもよい。この場合に、軸端側に配される端面には、その中央に、リング溝１６に代えて円形の内側溝１６′が形成されている。

図９は、動圧発生面１７に開口する貫通孔１９に面取部２０を設けた構造の流体動圧軸受１′であり、図１０は、貫通孔１９とリング溝１６および貫通孔１９と内側溝１６′とを接続する直溝状の連通凹部２３を備える構造の流体動圧軸受１″を示している。
これらのような構造の流体動圧軸受１′，１″においても、上記実施形態の流体動圧軸受１と同様に、回転による気泡の発生を防止し、また、発生した気泡を効果的に排出して、安定した回転を維持することができるという効果を奏する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置について、図１１および図１２を参照して説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る記録媒体駆動装置１０１は、液体動圧軸受１０２の構成において第１の実施形態に係る記録媒体駆動装置２と相違している。

本実施形態に係る流体動圧軸受１０２は、図１１に示すように、ロータ（シャフト）１０３に一体的に形成された略円柱状の軸体１０４と、該軸体１０４を回転自在に収容する軸体挿入孔１０５を有しステータ４に固定されるハウジング１０６と、ロータ１０３に固定される抜け止め部材１０７とを備えている。これら軸体１０４、ハウジング１０６および抜け止め部材１０７の間には微小隙間Ｃ１〜Ｃ４が形成され、その微小隙間Ｃ１〜Ｃ４にオイル（作動流体）１４が充填され、これにより流体動圧軸受１０２が構成されている。図中、符号１０３ａは、記録媒体９を嵌合して固定する嵌合面である。

軸体１０４の外周面には、ラジアル動圧発生溝１０８が複数形成されている。これらラジアル動圧発生溝１０８は、軸体１０４の先端側から軸体１０４の外周面を構成する円筒面の母線に対して一方向に傾斜して延びる溝と、軸体１０４の基端側から逆方向に傾斜して延びる溝とからなるいわゆるヘリングボーン溝を、軸方向に２組並べて配置している。
図１１に示されるヘリングボーン溝は、傾斜方向の異なる溝どうしが離れて形成されているが、これらが連続してＶ字状に屈曲する溝として形成されていてもよい。

ハウジング１０６は、略円筒状に形成され、ステータ４のボス部４ａに嵌合する嵌合部１０６ａと、その一端において、外周面に全面にわたって半径方向外方に延びる鍔状のスラスト軸受板１０９とを備えている。嵌合部１０６ａの先端は底板１１０によって密封状態に閉塞されている。スラスト軸受板１０９の厚さ方向の両端面１０９ａ，１０９ｂには、図５に示される第１の実施形態におけるスラスト軸受板１３と同様のリング溝１６、動圧発生面１７が備えられている。また、スラスト軸受板１０９には動圧発生面１７に開口するように厚さ方向に貫通形成された複数の貫通孔１９が備えられ、貫通孔１９とリング溝１６とを接続する連通凹部２３が形成されている。

ハウジング１０６の外周面には、図１２に示されるように、後述する抜け止め部シール面１０７ａとともにキャピラリーシール１１１を構成するハウジングシール面１０６ｂが設けられている。ハウジングシール面１０６ｂは、嵌合部１０６ａに向かって半径方向内方に漸次傾斜するテーパ面として形成されている。また、ハウジングシール面１０６ｂと嵌合部１０６ａとの境目の段差には、面取り状に形成されたオイル切り面１０６ｃが備えられている。

抜け止め部材１０７は、ロータ１０３のヨーク１１２に固定されることで、ロータ１０３との間にスラスト軸受板１０９を微小隙間Ｃ１，Ｃ２をあけて挟む抜け止めリング板１０７ｂと、ハウジング１０６の外周面との間にキャピラリーシール１１１を形成するシール円筒部１０７ｃとを備えている。抜け止めリング板１０７ｂによってロータ１０３がハウジング１０６から脱落するのを防止するようになっている。抜け止めリング板１０７ｂとヨーク１１２とは接着剤Ｇにより固定されてもよいし、溶接により固定されてもよいが、間からオイル１４が漏れないように両者は密封状態に接合される必要がある。

シール円筒部１０７ｃは、抜け止めリング板１０７ｂの内周側に設けられ、その内周には、前記ハウジングシール面１０６ｂとともにキャピラリーシール１１１を形成する抜け止め部シール面１０７ａを備えている。抜け止め部シール面１０７ａは、抜け止めリング板１０７ｂから離れる方向に向かって半径方向内方に傾斜するテーパ内面として形成されている。これにより、ハウジングシール面１０６ｂと抜け止め部シール面１０７ａとの間に形成されるキャピラリーシール１１１は、スラスト軸受板１０９から離れるに従って、その隙間が漸次広がるように構成されている。また、抜け止め部シール面１０７ａの先端近傍には、周溝１０７ｄが形成されている。

ラジアル動圧発生溝１０８が形成された軸体１０４の外周面と、これに対向する軸体挿入孔１０５の内面との間には、軸体挿入孔１０５の中央に軸体１０４が配置された状態で均一な微小隙間Ｃ３が形成されるようになっている。また、スラスト軸受板１０９の各動圧発生面１７とこれに対向するロータ１０３の表面（スラスト軸受面）および抜け止めリング板１０７ｂの表面（スラスト軸受面）との間にはそれぞれ微小隙間Ｃ１，Ｃ２が形成されている。

このように構成された本実施形態に係る流体動圧軸受１０２、モータおよび記録媒体駆動装置１０１の作用について、以下に説明する。
モータの駆動によりステータ４に対してロータ１０３が一方向に回転させられると、ロータ１０３に一体的に設けられた軸体１０４が、ステータ４に固定されたハウジング１０６の軸体挿入孔１０５内において一方向に回転させられる。このとき、軸体１０４の外面に設けられたラジアル動圧発生溝１０８およびスラスト軸受板１０９の両端面１０９ａ，１０９ｂに設けられたスラスト動圧発生溝１８により、微小隙間Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３においてそれぞれ動圧が発生する。軸体１０４の外面に発生する動圧は、全周にわたって均一に発生するので、軸体１０４が軸体挿入孔１０５内の中心位置にバランスして保持される。また、スラスト軸受板１０９の両端面１０９ａ，１０９ｂに発生する動圧は、同等の動圧によってスラスト軸受板１０９を厚さ方向逆方向にそれぞれ押圧するので、スラスト軸受板１０９が微小隙間Ｃ１，Ｃ２を等しくする位置に厚さ方向にバランスして保持される。

この場合において、モータの停止時には、動圧が発生していないので、ロータ１０３はハウジング１０６に対して重力方向に下降している。したがって、例えば、図１１に示すような上下関係に記録媒体駆動装置１０１が設置されている場合には、ロータ１０３がハウジング１０６に対して軸方向に下降した状態となり、スラスト軸受板１０９の下側の隙間Ｃ２は上側の隙間Ｃ１よりも小さくなる。この状態でモータを起動すると、各隙間Ｃ１，Ｃ２においては、スラスト動圧発生溝１８によりオイル１４がリング溝１６側から半径方向外方に引き込まれるが、本実施形態に係る流体動圧軸受１０２によっても、第１の実施形態に係る流体動圧軸受１と同様に、動圧発生面１７に開口する貫通孔１９が設けられているので、下側の狭い隙間Ｃ２には上側の広い隙間Ｃ１から貫通孔１９を介してオイル１４が供給される。

その結果、狭い隙間Ｃ１においてオイル１４が引き込まれることによる過度の負圧状態の発生が防止され、オイル１４中における気泡の発生が未然に防がれる。特に、貫通孔１９を動圧発生面１７に開口させることにより、オイル１４を動圧発生面１７に直接供給することができ、起動時の急激なオイル１４の引き込みによっても気泡の発生を防止することができる。

オイル１４内における気泡の発生を防止することにより、動圧発生領域Ａに発生する動圧の変動を防止して、ロータ１０３を振動させることなく安定して回転させることができる。また、気泡の発生を防止することにより、ロータ１０３とハウジング１０６との間、およびハウジング１０６と抜け止め部材１０７との間に、常にオイル１４を介在させておくことができる。その結果、ロータ１０３とハウジング１０６との接触、またはハウジング１０６と抜け止め部材１０７との接触による損傷などを防止することができる。
さらに、気泡の発生によりオイル１４が隙間Ｃ１〜Ｃ４から追い出されることを防止して、オイル１４漏れ等の不具合発生を防止することができる。また、オイル１４漏れの発生を防止できるため、漏れたオイル１４を吸収する吸収部材を備える必要がなくなり、記録媒体駆動装置１０１の薄型化を図り易くすることができる。

また、仮にオイル１４内に気泡が発生した場合、あるいは、気泡が混入していた場合においては、モータの停止時には、気泡は比較的容量の大きなリング溝１６内に滞留させられる。本実施形態に係る流体動圧軸受１０２によれば、動圧発生面１７に開口する貫通孔１９とリング溝１６とを接続する連通凹部２３が設けられているので、ロータ１０３が回転することにより、リング溝１６に滞留していた気泡は連通凹部２３を介して貫通孔１９内に引き込まれる。引き込まれた気泡は貫通孔１９内に留まるため、動圧発生領域Ａに気泡が滞留して上述した種々の不都合の発生を防止することができる。

また、本実施形態に係る液体動圧軸受１０２においては、貫通孔１９を中心軸線に対して軸対称の位置に２カ所設けたので、動圧発生領域Ａにオイル１４を均等に分配供給することができる。なお、ハウジング１０６はステータ４に固定されているので、貫通孔１９は軸対称に配置されていなくてもよく、また、３個以上設けられていてもよい。
そして、このようにして構成された本実施形態に係る液体動圧軸受１０２およびモータを備えた記録媒体駆動装置１０１によれば、記録媒体９を振動させることなく安定して回転させることができる。そのため、記録媒体９への情報の書き込み、および記録媒体９からの情報の読み出しを正確に行うことができる。

スラスト動圧発生溝１８は、例えば、スラスト動圧発生溝１０８の屈曲点を半径方向外方に位置させたり、スラスト動圧発生溝１８の高さを半径方向の内方と外方とで変えたりして、スラスト軸受板１０９の内周縁周辺よりも外周縁周辺の方が、発生する動圧が高くなるように形成されている。そのため、スラスト軸受板１０９の外周縁におけるロータ１０３とハウジング１０６とを支持する力が強くなる。その結果、ロータ１０３の回転時にロータ１０３を安定して支持することができ、ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ−Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ Ｒｕｎｏｕｔ）も向上する。

また、キャピラリーシール１１１中のオイル１４には、表面張力によりその液面面積が小さくなる方向、つまり、ハウジングシール面１０６ｂと抜け止め部シール面１０７ａとの間隔が狭くなる方向に押込められる力が働く。そのため、キャピラリーシール１１１は、オイル１４が外部に漏れないように保持することができる。
さらに、ロータ１０３が回転すると、オイル１４も抜け止め部シール面１０７ａとの摩擦により回転し、オイル１４に遠心力が働く。オイル１４は遠心力により抜け止め部シール面１０７ａに押し付けられ、抜け止め部シール面１０７ａに沿ってスラスト軸受板１０９側に押込められる。そのため、キャピラリーシール１１１は、ロータ１０３の回転時には、オイル１４の保持性をさらに向上させることができる。
また、オイル１４漏れの発生を防止できるため、漏れたオイル１４を吸収する吸収部材を備える必要がなくなり、記録媒体駆動装置１０１の薄型化を図り易くすることができる。

なお、スラスト動圧発生溝１８は、上述のようにスラスト軸受板１０９の端面１０９ａ，１０９ｂに形成されていてもよいし、端面１０９ａに対向するロータ１０３の内面、端面１０９ｂに対向する抜け止めリング板１０７ｂの面に形成されていてもよい。
また、本実施形態においては、貫通孔１９とリング溝１６とを接続する連通凹部２３を有する場合について説明したが、これに代えて、図３および図４に示されるのと同様に、貫通孔１９の開口部に設けた面取部２０を連通凹部として使用してもよい。また、図７に示されるように貫通孔１９をいずれかのスラスト動圧発生溝１８に一致する位置に形成し、貫通孔１９とリング溝１６とを接続する連通凹部としてスラスト動圧発生溝１８自体を利用することにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、スラスト軸受板１０９の端面１０９ａ，１０９ｂに設けたスラスト動圧発生溝１８としてヘリングボーン溝を例に挙げて説明したが、これに代えて、図１３（ａ），（ｂ）〜図１６（ａ），（ｂ）に示されるようにスパイラル溝からなるスラスト動圧発生溝１８′を採用することにしてもよい。図１３（ａ），（ｂ）〜図１５（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図３（ａ），（ｂ），図５（ａ），（ｂ），図７（ａ），（ｂ）に対応している。また、図１６（ａ），（ｂ）は、スパイラル溝（図１６（ａ））およびヘリングボーン溝（図１６（ｂ））によるスラスト動圧のピークの発生位置を比較して示す概念図である。

図１３（ａ），（ｂ）〜図１５（ａ），（ｂ）のスパイラル溝を採用することにより、いずれの場合においても、スラスト動圧のピークがスラスト軸受板１０９の最外縁近傍に発生する。したがって、ロータ１０３の回転時にロータ１０３を安定して支持することができ、ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ−Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ Ｒｕｎｏｕｔ）も向上する。また、動圧発生領域Ａの半径方向幅寸法である動圧有効幅Ｌを小さくすれば、特に有効である。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

Claims (15)

1. 軸体とこの軸体の外周面に全周にわたって半径方向に延びる鍔状のスラスト軸受板とを備えるシャフトと、該シャフトを回転自在に収容するハウジングとを備え、これらシャフトとハウジングとの隙間に作動流体を充填してなり、
   スラスト軸受板の厚さ方向の端面または該端面に隙間をあけて対向するハウジングの内面に、前記シャフトと前記ハウジングとが軸線回りに相対回転させられたときに、スラスト軸受板の半径方向の内側および外側から半径方向の途中位置に向けて、または、半径方向の内側から外周縁近傍の位置に向けて、作動流体を引き込む動圧発生溝を形成することにより構成された環状の動圧発生面と、該動圧発生面の内周側に配置され該動圧発生面よりも厚さ方向に凹んだ内側溝部とが設けられ、
   前記動圧発生面に開口するように、前記スラスト軸受板を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられるとともに、該貫通孔の開口部と前記内側溝部とを接続する連通凹部が設けられている流体動圧軸受。
2. 前記連通凹部が、前記貫通孔の開口部に形成された面取部により構成されている請求項１に記載の流体動圧軸受。
3. 前記連通凹部が、前記内側溝部と同等の深さを有する溝により構成されている請求項１に記載の流体動圧軸受。
4. 前記動圧発生溝が、前記スラスト軸受板に設けられ、
   前記貫通孔が、前記動圧発生溝に一致する位置に設けられ、
   該動圧発生溝の一部により前記連通凹部が構成されている請求項１に記載の流体動圧軸受。
5. 前記連通凹部が、前記内側溝部から前記貫通孔の開口部に向けて、漸次浅くなる傾斜溝により構成されている請求項１に記載の流体動圧軸受。
6. 前記貫通孔が、前記シャフトの中心軸回りに周方向に等間隔をあけて複数設けられている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流体動圧軸受。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の流体動圧軸受と、該流体動圧軸受のハウジングとシャフトとを相対回転させる駆動手段とを備えるモータ。
8. 請求項７に記載のモータを備え、前記シャフトまたは前記ハウジングに記録媒体を固定する固定部が設けられている記録媒体駆動装置。
9. 略円柱状の軸体を有するシャフトと、前記軸体を回転自在に収容する軸体挿入孔を備える略円筒状のハウジングとを備え、
   該ハウジングの外周面に、全周にわたって半径方向外方の延びる鍔状のスラスト軸受板が備えられる一方、前記シャフトに、前記スラスト軸受板の厚さ方向の端面に隙間をあけて対向するスラスト軸受面が備えられ、
   スラスト軸受板の厚さ方向の端面または該端面に隙間をあけて対向するシャフトの面に、該シャフトと前記ハウジングとが軸線回りに相対回転させられたときに、スラスト軸受板の半径方向の内側および外側から半径方向の途中位置に向けて、または、半径方向の内側から外周縁近傍の位置に向けて、作動流体を引き込む動圧発生溝を形成することにより構成された環状の動圧発生面と、該動圧発生面の内周側に配置され該動圧発生面よりも厚さ方向に凹んだ内側溝部とが設けられ、
   前記動圧発生面に開口するように、前記スラスト軸受板を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられるとともに、該貫通孔の開口部と前記内側溝部とを接続する連通凹部が設けられている流体動圧軸受。
10. 前記連通凹部が、前記貫通孔の開口部に形成された面取部により構成されている請求項９に記載の流体動圧軸受。
11. 前記連通凹部が、前記内側溝部と同等の深さを有する溝により構成されている請求項９に記載の流体動圧軸受。
12. 前記動圧発生溝が、前記スラスト軸受板に設けられ、
    前記貫通孔が、前記動圧発生溝に一致する位置に設けられ、
    該動圧発生溝の一部により前記連通凹部が構成されている請求項９に記載の流体動圧軸受。
13. 前記連通凹部が、前記内側溝部から前記貫通孔の開口部に向けて、漸次浅くなる傾斜溝により構成されている請求項９に記載の流体動圧軸受。
14. 請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の流体動圧軸受と、該流体動圧軸受のハウジングとシャフトとを相対回転させる駆動手段とを備えるモータ。
15. 請求項１４に記載のモータを備え、前記シャフトまたは前記ハウジングに記録媒体を固定する固定部が設けられている記録媒体駆動装置。

Images