JP4056416B2

JP4056416B2 - 動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置

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Publication number: JP4056416B2
Application number: JP2003079928A
Authority: JP
Inventors: 義人奥; 祐介松本
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: CN1267652C; CN1532430A; US7059772B2; US20040165797A1; JP2004286145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平８−１０５４４６号公報
【特許文献２】
米国特許出願公開２００３／００３０２２２号
ハードディスク・ドライブ等のディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータのロータを回転自在に軸支持するための軸受手段として、静粛且つ低振動で安定した回転を得ることが可能な動圧軸受の採用が開始されている。
【０００３】
このような動圧軸受は、例えば図４においてその一部の概略構成を部分拡大断面図として示すとおり、固定シャフトａにスラストプレートｂ配置し、このスラストプレートｂの軸線方向下部側に位置する固定シャフトａの外周面と、これと半径方向に対向するロータｃの内周面との間に作動流体であるオイルｄを保持し、ロータｃの回転時にオイルｄを所定の方向に移動させることでロータｃにかかるラジアル方向の負荷を支持するための支持圧を発生するラジアル動圧発生用溝ｒ１を形成してラジアル軸受部ｒを構成し、またスラストプレートｂの軸線方向内側面と、これと軸線方向に対向するロータｃの軸線方向面との間並びにスラストプレートｂの軸線方向外側面と、これと軸線方向に対向するロータｃに取付けられたスラストブッシュとｅの間にオイルを保持し、ロータｃの回転時にオイルｄを所定の方向に移動させることでロータｃにかかるスラスト方向の負荷を支持するための支持圧を発生するスラスト動圧発生用溝ｓ１を形成して一対のスラスト軸受部ｓ，ｓを構成したものが知られている。このようなオイルｄを作動流体とする動圧軸受の場合、軸受部の端部にはテーパ状のシール間隙が形成され、このテーパ状のシール間隙内でオイルと空気との界面が形成され保持されている（図４におけるテーパシールｆ参照）。
【０００４】
動圧軸受におけるテーパシール部は、シール部内に形成される間隙の隙間寸法を軸受部から離間するにつれて漸次拡大させることで、オイル界面の形成位置によって毛細管力に格差を生じさせ、軸受部で保持するオイル量が減少した場合には、テーパシール部からオイルを供給し、また温度上昇等によって、軸受部内で保持されるオイルの体積が増加した場合には、その増加分を収容する機能を有している。また図４に図示されるテーパシールｆでは、シャフトａとスラストブッシュｅとの間を通じて軸受外部と連通する空気とオイルｄとの気液界面ｍが半径方向内方を向くメニスカス状に形成されており、ロータｃの高速回転時には遠心力がこの気液界面ｍを半径方向外方側、すなわちスラスト軸受部ｓ側に押圧するよう作用するのでオイルの漏れをより効果的に防止することができるというメリットを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスピンドルモータを使用する中で、ロータｃには様々な原因によって外部的な振動や衝撃力（以下、「外部加振力」と記載する）が印加されることとなるが、ロータｃの回転時にこのような外部加振力が印加された場合には、スラスト軸受部ｓ，ｓ及びラジアル軸受部ｒで発生する動圧と、オイルｄの粘性によるダンピング効果によって、ロータｃに振れや姿勢の乱れが生じる可能性は低い。しかしながら、モータの停止時（静止時）には動圧が発生していないので、オイルｄの粘性のみでしか外部加振力に対抗することができない。
【０００６】
図４に図示される構成の場合、モータの停止時に外部加振力が印加されると、ロータｃが矢印Ａで示すように軸線方向上下に振れることとなる。このような場合、スラスト軸受部ｓ，ｓとテーパシールｆにはそれぞれ軸線方向の間隙が形成されているので、スラスト軸受部ｓ、ｓとテーパシールｆの双方ともに外部加振力の印加に起因するロータｃの振れによって間隙の軸線方向寸法が変化することとなるが、気液界面ｍもこのような間隙の変化にともなって、矢印Ｂで示すように半径方向に揺動する。
【０００７】
このとき、ロータｃが矢印Ａで示す軸線方向下方側に振れた場合、スラストプレートｂとスラストブッシュｅとの間に形成されるスラスト軸受部ｓ部分の間隙のみならずテーパシールｆにおいてもシール間隙の軸線方向寸法が狭まるので、気液界面ｍは図４で示すメニスカス状とは逆方向に、すなわち半径方向内方側に膨出した状態となるが、ロータｃに印加された外部加振力がオイルｄの表面張力を超えると気液界面ｍの破壊が起こり、オイルｄが軸受外部に飛散してしまう。
【０００８】
気液界面ｍの破壊によって軸受外部に飛散したオイルｄは、ロータｃの回転にともなってスピンドルモータの内外を汚染することとなるが、飛散したオイルｄがロータｃに搭載されるハードディスク等の記録ディスクの記録面や記録ディスクに対してデータの読み書きを行うヘッドに付着すると、データの読み書きが困難になりデータのリード・ライトエラーが発生する原因となり、ディスク駆動装置の信頼性を損なうこととなる。
【０００９】
またオイルｄが軸受の外部に飛散することによって、軸受部では、オイルｄの保持量が不十分となって軸受剛性が低下して回転の支持が不安定となるばかりでなく、スラストプレートｂやシャフトａとロータｃの接触摺動が発生し焼き付きが生じる懸念もある。
【００１０】
尚、テーパシールを回転軸芯に対して直交する方向ではなく、回転軸芯に対して傾斜状としたテーパシールの構成も従来知られていたが（例えば、特許文献２参照）、このようなテーパシールの構成では、シールとしての容積の拡大を達成することはできるものの、依然としてテーパシール部がロータの軸線方向の振れによる間隙寸法の変化の影響を受けることとなるので、上記したような静止時の外部加振力に対する耐性は不足している。
【００１１】
本発明の目的は、高速回転時においてもシール強度を高く維持し、テーパシール部内の容積を増大させ、十分な量のオイルを保持することが可能であると共に、静止時の外部加振力の印加に対する耐性を強化することが可能な動圧軸受を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、高速回転への対応が可能であると共に、停止時の外部加振力の印加によるオイルの飛散を防止することが可能なスピンドルモータを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、データの高容量化への対応が可能であると共に、信頼性並びに耐久性に優れたディスク駆動装置を提供することである。
【００１４】
上記課題を解決するために本発明の動圧軸受は、微小間隙に保持されたオイルを作動流体としてロータのアキシャル方向及びラジアル方向の荷重を支持する動圧軸受部と該動圧軸受部の微小間隙に連続して形成されるテーパシール部とを有する動圧軸受において、
前記テーパシール部は、前記動圧軸受部に隣接し静止部の外周面と該外周面と対向する前記ロータの内周面との間に形成され、且つ前記動圧軸受部から離れるに従ってその間隙寸法が拡大して形成され、
前記テーパシール部は、半径方向外方側から内方側に向かうに従ってその間隙寸法が拡大する第１のテーパ状間隙部と、前記第１のテーパ状間隙に連続し前記第１のテーパ状間隙の間隙寸法より大きく且つ前記第１のテーパ状間隙から離れるに従って拡大する間隙寸法を有する第２のテーパ状間隙部と、を有し、
前記第１のテーパ状間隙を構成する前記静止部の外周面には、半径方向外方側から内方側に向かって回転軸芯に対し傾斜して伸びる第１の傾斜面が形成され、
前記第１のテーパ状間隙を構成する前記ロータの内周面には、半径方向外方側から内方側に向かって回転軸芯に対し傾斜して伸びる第１の面が形成され、
前記第２のテーパ状間隙を構成する前記静止部の外周面には、前記第１の傾斜面に連続すると共に、前記第１の傾斜面より小さい傾斜角で伸びる第２の傾斜面が形成され、
前記第２のテーパ状間隙を構成する前記ロータの内周面には、前記第１の面に連続すると共に、前記第１の面より小さい傾斜角で伸びる第２の面が形成され、
少なくとも静止状態において、該第２のテーパ状間隙部において前記オイルは界面を形成して保持されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１５】
オイルを作動流体として利用する動圧軸受において、テーパシール部を回転軸芯に対して傾斜した形状とすることで、回転軸線と平行又は直交する方向にテーパシール部を構成する場合に比べて、テーパシール部内の容積が増大する。また、テーパシール部を形成するテーパ状の間隙を第１のテーパ状間隙部とこの第１のテーパ状間隙部よりも回転軸芯に対する傾斜角の小さい、換言すると第１のテーパ状間隙部よりも回転軸芯に対して立った状態の第２のテーパ状間隙部の２つの間隙部によって形成し、少なくとも静止状態においては第２のテーパ状間隙部においてオイルが界面を形成して保持されるよう構成することで、ロータの高速回転時には第１のテーパ状間隙内に位置するオイルが遠心力で引っ張られることでオイルの界面もテーパシール部の奥側に引き込まれのでシール強度（高速回転やこれに伴う遠心力に対する耐性）が強化されるばかりでなく、静止時にロータに外部加振力が印加されて動圧軸受部に形成される微小間隙の間隙寸法に変化が生じた場合も、オイルの界面が位置する第２のテーパ状間隙がより回転軸芯と平行に近い方向に形成されることとなるのでその影響を受けにくくなり、より外部加振力に対するテーパシール部の耐性を強化することが可能になる。
【００１６】
このようにテーパシール部の容積の拡大と外部加振力に対する耐性の強化が同時に達成されることで、高速回転時においてもオイルの飛散を防止することができるようになるだけでなく、静止時のオイルの飛散も防止されて軸受としての適用範囲が拡大すると共に、軸受部でのオイル保持量の不足が防止されるので、耐久性並びに信頼性を向上することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の請求項２は、請求項１に記載の動圧軸受において、
シャフトと、該シャフトに対して一体的に設けられた環状の軸受部材と、該シャフト及び軸受部材との間に前記オイルが保持される微小間隙を介して対向するスリーブとを有し、
前記動圧軸受部は、前記軸受部材に形成された軸受面と、該軸受面と対向する前記スリーブの受け面と、前記ロータの回転時に前記オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられることによって構成され、
前記軸受部材は、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面とが形成された外周部を有しており、
前記スリーブには、内径が半径方向内方側から外方側に向かって拡大する前記第１の面を構成する傾斜面状の内周面と、該傾斜状の内周面に連続し、且つ前記回転軸芯と略平行に延伸する前記第２の面を構成する略垂壁状の内周面とを有する環状部材が前記軸受部材の外周部に対向して装着されており、
前記環状部材の傾斜状の内周面と前記軸受部材の第１の傾斜面との間に、前記第１のテーパ状間隙部が形成されると共に、前記軸受部材の第２の傾斜面と前記環状部材の略垂壁状の内周面との間前記第２のテーパ状間隙部が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明の請求項３は、請求項２に記載の動圧軸受において、前記軸受部材は、前記シャフトに対して軸線方向に離間して一対配設され、また前記環状部材も該一対の軸受部材に対応して前記スリーブに一対装着されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４は、ステータを保持するブラケットと、該ブラケットに対して相対回転するロータと、該ロータに固着され該ステータと協働して回転磁界を発生するロータマグネットとを備えたスピンドルモータにおいて、前記ロータの回転を、請求項１乃至３のいずれかに記載した動圧軸受によって支持することを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明の請求項５は、ディスク状記録媒体を回転駆動してデータの書き込み又は読み込みを行うディスク駆動装置において、前記ディスク状記録媒体を請求項４に記載したスピンドルモータによって回転駆動することを特徴とする。
【００２１】
ところで、請求項１以外の請求項に記載する発明は、本発明の実施形態に即した構成に関するものであり、重複した記載を避けるために各請求項に係る発明の構成による作用効果並びにその原理に関しては下記発明の実施の形態及び発明の効果において詳述する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる動圧軸受及びこの動圧軸受を用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明するが、本発明は以下に示す各実施例に限定されるものではない。
【００２３】
図１に図示するスピンドルモータは、ブラケット２と、このブラケット２の中央開口２ａ内に一方の端部が外嵌固定されるシャフト４と、このシャフト４に対して相対的に回転自在なロータ６とを備える。ロータ６は、外周部にハードディスク等の記録ディスク（図３においてディスク板５３として図示）が載置されるロータハブ６ａと、ロータハブ６ａの内周側に位置し、オイル８が保持される微小間隙を介してシャフト４に支持されるスリーブ６ｂとを備えている。ロータハブ６ａの内周部には接着等の手段によってロータマグネット１０が固着されており、このロータマグネット１０と半径方向に対向してブラケット２にステータ１２が装着されている。
【００２４】
スリーブ６ｂの略中央部には内周面がシャフト４の外周面との間にオイル８が保持される微小間隙を形成するようスリーブ６ｂを軸線方向に貫通する貫通孔６ｃが形成され、シャフト４の上部及び下部には、半径方向外方に突出する円盤状の上部スラストプレート１４及び下部スラストプレート１６がそれぞれ取付けられている。
【００２５】
貫通孔６ｃの上部スラストプレート１４及び下部スラストプレート１６に対応する部位には、上部及び下部スラストプレート１４，１６の外径よりも大径な上部段部６ｄ及び下部段部６ｅが形成されている。この上部段部６ｄ及び下部段部６ｅの開放側端部は、上部シールキャップ１８及び下部シールキャップ２０によって閉塞されている。
【００２６】
貫通孔６ｃ内周部から上部段部６ｄの内周面に至る平面部と、上部スラストプレート１４の下面（軸線方向内側面）との間には、オイル８が保持される微小間隙が形成されており、上部ス段部６ｄの平面部には、ロータ６の回転に伴いオイル８中に動圧を発生するための動圧発生用溝２２が形成され上部スラスト軸受部２４が構成されている。
【００２７】
また、貫通孔６ｃ内周部から下部段部６ｅの内周面に至る平面部と、下部スラストプレート１６の上面（軸線方向内側面）との間には、オイル８が保持される微小間隙が形成されており、下部段部６ｅの平面部には、ロータ６の回転に伴いオイル８中に動圧を発生するための動圧発生用溝２２が形成され下部スラスト軸受部２６が構成される。これらスラスト軸受部２４、２６に形成される動圧発生用溝２２は、発生する動圧がそれぞれオイル８をシャフト４に向かって圧送されるよう、ポンプインタイプのスパイラル溝が用いられる。尚、動圧発生用溝は、上部及び下部スラストプレート１４，１６の軸線方向内側面にあるいは上部及び下部段部６ｄ，６ｅの平面部と上部及び下部スラストプレート１４，１６の軸線方向内側面の両面ともに形成することも可能である。
【００２８】
このように、上部及び下部スラスト軸受部２４，２６の動圧発生用溝２２をスパイラル溝とすることで、互いに逆向きの一対スパイラル溝を組み合わせて構成されるヘリングボーン溝を用いる場合に比べて、上部及び下部スラストプレート１４，１６の外径を小径化することができるため、下部スラスト軸受部２６がロータマグネット１０及びステータ１２からなる磁気回路部に与える影響を少なくすることができ、十分な駆動トルクを得ることができる。また、スパイラル溝は、ヘリングボーン溝に比べてスピンドルモータの回転時に生じるオイル８の粘性抵抗が小さいため、上部及び下部スラスト軸受部２４，２６における損失を小さくし、スピンドルモータの電気的効率を高めることができる。その結果、スピンドルモータの消費電力を抑制することができる。
【００２９】
上部スラストプレート１４の外周面には、図２に部分的に拡大して図示するように、軸線方向内側面の外周端部から、回転軸芯に対して略平行に延伸した後、半径方向内方に向かって回転軸芯に対して傾斜した第１の円錐面１４ａとその軸線方向外方側に隣接して第１の円錐面１４ａよりも回転軸芯に対する傾斜角が小さい（回転軸芯に対してより平行に近い）傾斜角を有する第２の円錐面１４ｂが形成されている。また、上部段部６ｄの内周面には、この内周面の一部を切り欠いて形成した小段部６ｄ１に、内周面が上部スラストプレート１４の第１の円錐面１４ａと半径方向に対向し、且つ第１の円錐面１４ａとの間に間隙の隙間寸法が上部シールキャップ１８側、すなわち上部スラスト軸受部２４から離間するにしたがって漸次拡大するよう形成された第１のテーパ状間隙２８ａを形成する傾斜面２５ａと、その軸線方向外方側に隣接して、第２の円錐面１４ｂと半径方向に対向し、且つ第２のの円錐面１４ｂとの間に間隙の隙間寸法が上部シールキャップ１８側、すなわち上部スラスト軸受部２４から離間するにしたがって漸次拡大するよう形成された第２のテーパ状間隙２８ｂを形成する回転軸芯と実質的に平行な垂壁２５ｂとを有する上部リング状部材２５が、例えば接着あるいは圧入等の手段によって固着されている。
【００３０】
上部スラスト軸受部２４に保持されるオイル８は、上部スラストプレート１４の外周面と上部段部６ｄの内周面との間に形成された回転軸芯に対して略平行な隙間を経て第１の円錐面１４ａと傾斜面２５ａとの間に形成された第１のテーパ状間隙２８ａ内に至り、そして少なくともロータ６の停止時（静止状態）には、第１のテーパ状間隙２８ａの軸線方向外方側に連続する第２のテーパ状間隙２８ｂ内において気液界面を形成して保持されている。すなわち、第１のテーパ状間隙２８ａと第２のテーパ状間隙２８ｂとが上部テーパシール部２８として機能している。
【００３１】
この場合、上部スラストプレート１４の第１の円錐面１４ａの傾斜角は、回転軸芯に対して約１０度乃至９０度、好ましくは約５５度乃至６５度の範囲に設定され、また上部リング状部材２５の傾斜面２５ａの傾斜角は、回転軸芯に対して約１０度乃至７０度、好ましくは約５０度乃至５５度の範囲に設定されている。このとき、これら第１の円錐面１４ａと傾斜面２５ａとの間に形成される第１のテーパ状間隙２８ａのテーパ角は、約２０度以下、好ましくは約１０度以下の範囲に設定されている。また、上部スラストプレートの第２の円錐面１４ｂの傾斜角は、回転軸芯に対して約０度乃至４５度、好ましくは約１０度乃至３０度に設定されており、上部リング状部材２５の垂壁２５ｂは公差範囲を除けば実質上傾斜角は有していない。このとき、これら第２の円錐面１４ｂと垂壁２５ｂとの間に形成される第２のテーパ状間隙２８ｂのテーパ角は、約４５度以下、好ましくは約１５度以下の範囲に設定されている。
【００３２】
このように上部テーパシール部２８を回転軸芯に対して傾斜させることで、例えば図４に図示するように、回転軸芯に対して平行な方向にテーパシール部を構成する場合に比べて、オイル８の気液界面から上部スラスト軸受部２４の端部までの距離、すなわちシール部としてオイル８を貯える機能を有する間隙の寸法をより大とすることができるので容積が拡大する。
【００３３】
また、上部テーパシール部２８を形成する第１のテーパ状間隙２８ｂは回転軸芯に対して半径方向外方側から内方側に向かって割合に大きな傾斜角を有するよう構成されており、また第１のテーパ状間隙２８ａに連続する第２のテーパ状間隙２８ｂは回転軸芯に対して僅かな傾斜角しか有していない。従って、ロータ６の高速回転時には第１のテーパ状間隙２８ａ内にあるオイル８が遠心力で上部スラスト軸受部２４側に押圧され、これに伴い第２のテーパ状間隙２８ｂ内に形成されるオイル８の気液界面も第１のテーパ状間隙２８ａ側に引き込まれるのでシール強度が強化される。
【００３４】
更に、少なくともロータ６の非回転時にオイル８の気液界面が位置している第２のテーパ状間隙２８ｂは、回転軸芯に対して僅かな傾斜角を有するよう形成されているので、上部スラスト軸受部２４では軸線方向の間隙が形成されているのに対し、第２のテーパ状間隙２８ｂでは半径方向の間隙が形成されることとなる。従って、外部加振力が印加されロータ６に軸線方向の振れが生じた場合に、上部スラスト軸受部２８では間隙の隙間寸法がロータ６の振れに伴って変化するが、第２のテーパ状間隙２８ｂの間隙寸法は殆ど変化せず、よってこのような外部加振力に起因する気液界面の破壊とこれに伴うオイル８の軸受外部への飛散が防止され、スピンドルモータ内外の汚染が防止されることとなる。
【００３５】
すなわち、上部テーパシール部２８を第１のテーパ状間隙２８ａと第２のテーパ状間隙２８ｂの二段階のテーパ角度を有するよう形成することで、テーパシール部内の容積の増大と、シール強度の強化と、非回転時に印加される外部加振力に起因するオイルの飛散の防止というテーパシール部の有する様々な技術的課題の解決を同時に達成することが可能になる。
【００３６】
尚、上部テーパシール部２８の最小の間隙寸法は、上部スラストプレート１４の外周面と上部段部６ｄの内周面との間に形成される、回転軸芯に略平行な隙間の隙間寸法よりも大となるよう設定されており、また、上部スラスト軸受部２４の間隙の隙間寸法は、上部スラストプレート１４の外周面と上部段部６ｄの内周面との間に形成される、回転軸芯に略平行な隙間の隙間寸法よりも小となるよう設定されている。
【００３７】
つまり、上部スラスト軸受部２４においてオイル８の保持量が減少した場合、毛細管力によって上部テーパシール部２８内に保持されているオイル８が、上部スラストプレート１４の外周面と上部段部６ｄの内周面との間に形成される回転軸芯に略平行な隙間の隙間を経て上部スラスト軸受部２４へと供給されることとなる。
【００３８】
逆に、上部スラスト軸受部２４で保持されるオイル８が温度上昇等によって体積膨張した場合、オイル８の界面が上部テーパシール部２８のうち第２のテーパ状間隙２８ｂ内のより隙間寸法が拡大する方向に移動することで、この体積増加した分のオイル８が上部テーパシール部２８内に収容されることとなる。
【００３９】
ところで、特に詳細は図示していないが、下部スラストプレート１６の外周部においても、これと半径方向に対向する下部リング状部材２７との間に上部スラストプレート１４の外周部と同様の構成にて下部テーパシール部３０が形成されている。
【００４０】
上述したとおり、上部及び下部スラスト軸受部２４，２６の動圧発生用溝２２をそれぞれ発生する動圧がオイル８を半径方向内方に向かって圧送するポンプインタイプのスパイラル溝とすることで、上部及び下部スラスト軸受部２４，２６で発生する動圧は半径方向内方に向かうにつれて高くなる圧力勾配となるため、オイル８の充填時等に上部及び下部スラスト軸受部２４，２６に保持されるオイル８中に生じた気泡は圧力の高い軸受部の半径方向内方から圧力の低い半径方向外方へと移動し、最終的にオイル８が保持される間隙中で最も間隙寸法が大で最も圧力の低い上部及び下部テーパシール部２８，３０のオイル８の界面側へと移動し、空気中に開放される。
【００４１】
シャフト４の外周面の略中央部には、貫通孔６ｃの内周面との間の間隙が拡大するよう軸線方向内側に向かって傾斜する一対の傾斜面からなる環状の凹部４ａが形成されており、この凹部４ａにはシャフト４中に形成された空気と連通する連通孔３６が開口している。
【００４２】
この連通孔３６はシャフト４中を軸線方向に貫通する縦孔と、この縦孔から半径方向に延設された凹部４ａに開口する第１開口３６ａと下部第２テーパシール部３０に連続し下部シールキャップ２０の内周面とシャフト４の外周面との間に規定される微小間隙を通じて軸受外部に連通する空間に開口する第２開口３６ｂとから構成される。尚、縦孔は、シャフト４の加工並びに洗浄完了後にシャフト４の両端に開口する開口部を例えばゴム等の弾性部材からなる封止部材３８，４０によって封止される。すなわち、上部及び下部シールキャップ１８，２０よりも軸受の内部側の空間は、上部及び下部シールキャップ１８，２０の内周面とシャフト４の外周面との間に形成される微小間隙を通じてのみ空気に連通している。
【００４３】
この第２開口３６ｂより連通孔３６内に取り込まれた空気は、第１開口３６ａが開口する凹部４ｃと貫通孔６ｃの内周面との間に環状の気体介在部４２を形成し、この気体介在部４２によってシャフト４の外周面と貫通孔６ｃの内周面との間の微小間隙中に保持されたオイル８は、凹部４ａの一対の傾斜面と貫通孔６ｃの内周面との間に形成されるテーパ状間隙内において、オイル８の界面が形成され、軸線方向上下に分割される。
【００４４】
貫通孔６ｃの内周面のこれら上下に分割されて保持されるオイル８に対応する部位には、ロータ６の回転に伴いオイル８中に動圧を発生するための動圧発生用溝４４が形成され上部ラジアル軸受部４６及び下部ラジアル軸受部４８が構成されている。これら上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８に形成される動圧発生用溝４４は、それぞれ発生する動圧が、オイル８を軸線方向外側に向かって、換言すると隣接する上部及び下部スラスト軸受部２４，２６に向かって圧送するよう、軸線方向にアンバランスな形状のヘリングボーン溝が用いられる。
【００４５】
上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８の動圧発生用溝４４を、それぞれオイル８を上部及び下部スラスト軸受部２４，２６側に圧送する形状とすることで、オイル８の充填時等に上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８に保持されるオイル８中に生じた気泡が圧力の高い軸受部から圧力の低い気体介在部４２との界面側へと移動し、気体介在部４２から連通孔３６を通じて軸受外部の空気中に開放される。
【００４６】
この構成において、上部及び下部スラスト軸受部２４，２６には形成される動圧発生手段２２はスパイラル溝であり、それのみでは十分な荷重支持圧を発生できないが、隣接する上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８には軸線方向にアンバランスなヘリングボーン溝が動圧発生用溝４４として形成されているので、スピンドルモータの回転時に、オイル８はスパイラル溝及びヘリングボーン溝によってそれぞれ相互に対向する方向へと圧送されるので、両軸受部の協働によりロータ６にかかる負荷を支持するに必要な動圧を発生せしめて支持している。
【００４７】
また、上部及び下部スラスト軸受部２４，２６とこれらに隣接する上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８には連続してオイル８が保持されると共に、上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８を分離する気体介在部４２が連通孔３６を通じて空気に連通していることから、上部及び下部テーパシール部２８，３０内に位置する上部及び下部スラスト軸受部２４，２６のオイル８の界面と凹部４ａの一対の傾斜面と貫通孔６ｃとの間に規定されるテーパ状間隙内に位置する上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８のオイル８の界面は同じ空気圧に晒されることとなる。
【００４８】
このため、例えば遠心力やスピンドルモータへの外的な衝撃、振動の印加等に起因して、上部及び下部テーパシール部２８，３０内のオイル８の界面あるいは凹部４ａの一対の傾斜面と貫通孔６ｃとの間に規定されるテーパ状間隙内のオイル８の界面の一方が軸受部から離間する方向に移動した場合、他方の界面も各界面が位置する各テーパ状間隙内をオイル８の界面の曲率半径が等しくなる位置まで移動することで釣り合い、シール効果を損なうことなく安定して保持される。
【００４９】
また、上部及び下部ラジアル軸受部４６，４８は隣接する上部及び下部スラスト軸受部２４，２６とはオイル８が連続し、片方のオイル８の界面から他方のオイル８の界面に至るまで動圧が極大となるのは１点のみで極小となる点は存在しないこととなる。従って、オイル８中に気泡が含まれていても自動的に圧力が最小となるテーパ状の間隙内に位置する界面から軸受外部の空気中に排除する構成とすることができる。
【００５０】
このように、各軸受部に保持されるオイル８中に生じた気泡は、順次低圧側へと移動し、各オイル８の界面より空気中に開放されるため、気泡が各軸受部に保持されるオイル８中に滞留することがない。また、気泡排出のための特別な構成を要しないので、スピンドルモータの構造を簡略化することができる。
【００５１】
上部及び下部シールキャップ１８，２０の内周面とシャフト４の外周面との間に規定される間隙の半径方向寸法を可能な限り小さく設定することによって、スピンドルモータの回転時に上部及び下部スラストプレート１４，１６と上部及び下部シールキャップ１８，２０との間に規定される軸線方向の間隙とシャフト４の外周面と上部及び下部シールキャップ１８，２０とによって規定される半径方向の間隙とで、ロータ６の回転に応じて発生する空気流の流速に差異が生じる。従って、オイル８が気化して生じた蒸気（オイルミスト）のスピンドルモータの外部への流出抵抗を大きくしてオイル８の界面近傍における蒸気圧を高く保てるので更なるオイル８の蒸散を防止することができる。
【００５２】
尚、これら各面に例えばフッ素系材料からなる撥油剤を塗布しておくと、オイル８に遠心力の作用しないスピンドルモータの停止時に、オイル８がオイルマイグレーション現象によってスピンドルモータの外部に漏出することをより効果的に防止できる。
【００５３】
図３に、一般的なディスク駆動装置５０の内部構成を模式図として示す。ハウジング５１の内部は塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板５３が装着されたスピンドルモータ５２が設置されている。加えてハウジング５１の内部には、ディスク板５３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構５７が配置され、このヘッド移動機構５７は、ディスク板５３上の情報を読み書きするヘッド５６、このヘッドを支えるアーム５５及びヘッド５６及びアーム５５をディスク板５３上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部５４により構成される。
【００５４】
このようなディスク駆動装置５０のスピンドルモータ５２として図２において図示されるスピンドルモータを使用することで、高速且つ高精度な回転支持が可能となり、ディスク板５３の高容量化に対応することが可能となるばかりでなく、スピンドルモータ５２の動圧軸受から飛散したオイルによるハウジング５１内部の汚染が防止されるので、データのリード・ライトエラーの発生を可及的に防止することができ、信頼性並びに耐久性に優れたものとすることが可能になる。
【００５５】
以上、本発明に従う動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを備えたディスク駆動装置の一実施形態について説明したが、本発明は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変形乃至修正が可能である。
【００５６】
例えば、上部及び下部スラストプレート１４，１６と上部及び下部段部６ｄ，６ｅの内周面との間に形成された回転軸芯に対して略平行な隙間は、上部及び下部スラストプレート１４，１６を加工する際等にこれを保持するため、上部及び下部スラストプレート１４，１６の外周部に平面を形成する必要性から設けられているが、そのような必要性の無い場合には、これを設けることなく上部及び下部スラストプレート１４，１６の軸線方向内側面の外周端部に連続して円錐面を形成することも可能である。
【００５７】
また、上記実施の形態では、一対のラジアル軸受部４６，４８と一対のスラスト軸受部２４，２６を用いてロータ６の回転を支持する構成の動圧軸受を用いて本発明について説明したが、ロータにかかるラジアル荷重とスラスト荷重とを１つの動圧軸受で同時に支持するために、円錐形状の軸受部材の外周面に設けられた円錐状の軸受面によって動圧軸受部を形成し、この円錐形状の動圧軸受部の軸線方向外方側に隣接し、且つ動圧軸受部とは逆の方向に傾斜する軸受部材の円錐状の外周面とこれに対向する環状のシールキャップの内面側に設けられた軸受部材の円錐状の外周面とは異なる角度で傾斜する円錐状の傾斜面とで形成されるテーパシール部を有する動圧軸受をシャフトの上部及び下部に一対配置した構成（例えば前記特許文献２に開示される構成）を有するスピンドルモータに本発明のテーパシール部２８，３０を用いることによっても、上記実施の形態の場合と同様の作用効果を奏することが可能である。この場合、円錐状の動圧軸受部のテーパシール部側とは反対側の端部とテーパシール部とに連通する連通孔を設けておくことで、ロータの回転時に動圧軸受部とテーパシール部との間でオイルの循環が生じるので、オイル中の圧力の平衡を図ることが可能になると同時にオイル内に混入した気泡の排出を行うことが可能になる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の動圧軸受によれば、テーパシール部の容積の拡大と、シール強度の強化と、外部加振力に対する耐性の強化が同時に達成されることで、高速回転時のオイルの飛散を防止することができるようになるだけでなく、静止時においてもオイルの飛散も防止されて軸受としての適用範囲が拡大すると共に、耐久性並びに信頼性を向上することが可能となる。
【００５９】
本発明のスピンドルモータによれば、高速且つ高精度な回転支持が可能となるばかりでなく、動圧軸受からのオイルの飛散が防止されるので、信頼性並びに耐久性に優れたものとすることが可能となる。
【００６０】
本発明のディスク駆動装置によれば、高い回転精度並びに耐久性及び信頼性が要求されるディスク駆動装置において好適に使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピンドルモータの概略構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１において示すスピンドルモータの上部スラストプレート付近の概略構成を模式的に示す部分拡大断面図である。
【図３】図１に示すスピンドルモータを備えたディスク駆動装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】従来の動圧軸受のスラストプレート付近の概略構成を模式的に示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
４シャフト
６ｂスリーブ
８オイル
２８，３０テーパシール部

Claims

微小間隙に保持されたオイルを作動流体としてロータのアキシャル方向及びラジアル方向の荷重を支持する動圧軸受部と該動圧軸受部の微小間隙に連続して形成されるテーパシール部とを有する動圧軸受において、
前記テーパシール部は、前記動圧軸受部に隣接し静止部の外周面と該外周面と対向する前記ロータの内周面との間に形成され、且つ前記動圧軸受部から離れるに従ってその間隙寸法が拡大して形成され、
前記テーパシール部は、半径方向外方側から内方側に向かうに従ってその間隙寸法が拡大する第１のテーパ状間隙部と、前記第１のテーパ状間隙に連続し前記第１のテーパ状間隙の間隙寸法より大きく且つ前記第１のテーパ状間隙から離れるに従って拡大する間隙寸法を有する第２のテーパ状間隙部と、を有し、
前記第１のテーパ状間隙を構成する前記静止部の外周面には、半径方向外方側から内方側に向かって回転軸芯に対し傾斜して伸びる第１の傾斜面が形成され、
前記第１のテーパ状間隙を構成する前記ロータの内周面には、半径方向外方側から内方側に向かって回転軸芯に対し傾斜して伸びる第１の面が形成され、
前記第２のテーパ状間隙を構成する前記静止部の外周面には、前記第１の傾斜面に連続すると共に、前記第１の傾斜面より小さい傾斜角で伸びる第２の傾斜面が形成され、
前記第２のテーパ状間隙を構成する前記ロータの内周面には、前記第１の面に連続すると共に、前記第１の面より小さい傾斜角で伸びる第２の面が形成され、
少なくとも静止状態において、該第２のテーパ状間隙部において前記オイルは界面を形成して保持されていることを特徴とする動圧軸受。
シャフトと、該シャフトに対して一体的に設けられた環状の軸受部材と、該シャフト及び軸受部材との間に前記オイルが保持される微小間隙を介して対向するスリーブとを有し、
前記動圧軸受部は、前記軸受部材に形成された軸受面と、該軸受面と対向する前記スリーブの受け面と、前記ロータの回転時に前記オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられることによって構成され、
前記軸受部材は、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面とが形成された外周部を有しており、
前記スリーブには、内径が半径方向内方側から外方側に向かって拡大する前記第１の面を構成する傾斜面状の内周面と、該傾斜状の内周面に連続し、且つ前記回転軸芯と略平行に延伸する前記第２の面を構成する略垂壁状の内周面とを有する環状部材が前記軸受部材の外周部に対向して装着されており、
前記環状部材の傾斜状の内周面と前記軸受部材の第１の傾斜面との間に、前記第１のテーパ状間隙部が形成されると共に、前記軸受部材の第２の傾斜面と前記環状部材の略垂壁状の内周面との間前記第２のテーパ状間隙部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受。
前記軸受部材は、前記シャフトに対して軸線方向に離間して一対配設され、また前記環状部材も該一対の軸受部材に対応して前記スリーブに一対装着されていることを特徴とする請求項２に記載の動圧軸受。
ステータを保持するブラケットと、該ブラケットに対して相対回転するロータと、該ロータに固着され該ステータと協働して回転磁界を発生するロータマグネットとを備えたスピンドルモータにおいて、
前記ロータの回転を、請求項１乃至３のいずれかに記載した動圧軸受によって支持することを特徴とするスピンドルモータ。
ディスク状記録媒体を回転駆動してデータの書き込み又は読み込みを行うディスク駆動装置において、
前記ディスク状記録媒体を請求項４に記載したスピンドルモータによって回転駆動することを特徴とするディスク駆動装置。