JP4108414B2 - 動圧軸受モータ及びそれを用いた装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理分野で使われるディスクドライブ装置やレーザービーム型プリンター装置等に用いられる動圧軸受モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディスクドライブ装置やレーザービーム型プリンター装置のモータ部の軸受けとしては玉軸受が用いられていた。近年データ転送の高速化やプリントの高速化の要求によるモータの高速回転にともない、これらの軸受はモータの高速回転に対応できるように従来の玉軸受ではなく動圧軸受が使用されるようになってきた。
【０００３】
図１２は、特開２０００−３５２４１７号公報に示されている第１の先行技術の動圧軸受モータの要部の断面図である。図において、いずれも鉄などの磁性材料で作られた、スラストフランジ１０７とシャフト１０３が対向する隙間１０２でスラスト動圧軸受が形成され、スリーブ１０４とシャフト１０３の隙間１０１でラジアル動圧軸受が形成される。スリーブ１０４内には、駆動モータＭのロータ用の磁石１０９が設けられている。ベース１１１には、磁石１０９に対向して駆動モータＭのステータ１１０が設けられている。ステータ１１０に通電してスリーブ１０４を所定の回転速度で回転させると空気圧によりスリーブ１０４はシャフト１０３との間に隙間１０１及び１０２を保って非接触で回転する。
【０００４】
図１３は、特開平１１−２７５８０７号公報に示されている第２の先行技術の動圧軸受モータの要部の断面図である。図において、スリーブ１２４の軸１２８の下端部に取り付けられたスラストフランジ１２７とスラストメインプレート１２５が対向する隙間１２２およびスラストフランジ１２７とスラストサブプレート１２６が対向する隙間１２９でスラスト動圧軸受が形成される。またスリーブ１２４とシャフト１２３との間の隙間１２１でラジアル動圧軸受が形成される。軸１２８の外周部には、駆動モータＭのロータ用の磁石１３６が設けられている。円筒状のシャフト１２３の内周部には、磁石１３６に対向して駆動モータＭのステータ１３０が設けられている。ステータ１３０に通電してスリーブ１２４を所定の回転速度で回転させると、スリーブ１２４はシャフト１２３との間に流体圧により隙間１２１、１２２及び１２９を保って、非接触で回転する。
【０００５】
動圧軸受モータは非接触で回転するため振動や騒音が少なく、高速回転が可能となるという優れた性能を持つ。しかし動圧軸受特有の問題の一つに、例えば図１２における隙間１０１と隙間１０２の対向面の接触による摩耗粉の発生がある。動圧軸受は、所定の回転速度で回転しているとき（定常回転時）は動圧の発生により対向面は非接触であるが、停止状態から所定の回転速度に達するまでのスタート時や、所定の回転速度から停止状態に至るまでのストップ時には動圧が発生しないため対向面が接触する。すなわち回転のスタート時とストップ時にはシャフト１０３とスリーブ１０４が接触してすれ合い、表面が摩耗して主として鉄粉又は磁性材料である摩耗粉が発生する。また、シャフト１０３とスラストフランジ１０７とが接触して同様に主として鉄粉又は磁性材料である摩耗粉が発生する。さらに、外乱が加わると定常回転時でもシャフト１０３とスリーブ１０４が接触して同様の摩耗粉が発生するおそれがある。これらの摩耗粉が動圧軸受モータの回転によって発生する気流に乗って点線１１２で示す経路（以下、連通路１１２という）で動圧軸受モータの外部開口１２０から外部へ流出すると、この動圧軸受モータがハードディスクドライブ装置に用いられている場合はヘッド及び動圧軸受モータに取り付けたディスクを傷つけることがある。またこの動圧軸受モータがプリンターに用いられている場合はポリゴンミラーを汚すため、プリントの品質に悪影響を及ぼす。
【０００６】
これらの問題に対処するため、図１２の第１の先行技術では、ラジアル動圧軸受部の開放端１１８と動圧軸受モータの外部開口１２０とを繋ぐ連通路１１２に環状のトラップ用の磁石１１４を配置する。そして磁石１１４とスリーブ１０４との対向面の隙間１１３を小さくして、この隙間を通る磁性体の摩耗粉を磁石１１４で吸着している。
また、図１３の第２の先行技術では、点線１３２で示す連通路（以下、連通路１３２という）中に環状のラビリンスシール１３３を配置している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の先行技術の磁石によって摩耗粉を吸着する方法は、連通路１１２を長くし、大きな面積の磁石１１４を設けないと動圧軸受モータの回転中に流出する摩耗粉の吸着が完全には出来ない。吸着を完全にするために強力な磁石１１４を使用すると、その磁力によってモータの回転が影響をうける。すなわち、モータの消費電流の増大や回転数変動が起こるなどモータの特性が悪化する。隙間１１３を極めて小さくすると、摩耗粉の吸着はかなり完全になされるが、摩耗粉によって隙間１１３が詰まり、動圧軸受がロックされ回転できなくなるおそれがある。また高い加工・組立精度が必要になりコストも上昇する。
【０００８】
一方、図１３の第２の先行技術では、ラビリンスシールを設けている。従って動圧軸受モータの回転中は空気の流動によるラビリンスシールの遮蔽機能によって摩耗粉の流出を防止できる。しかし停止時にはその遮蔽機能を失うため、摩耗粉が動圧軸受モータの外部へ流出する。その結果ハードディスクやポリゴンミラー等の、この動圧軸受を使用するモータの信頼性を損なう。
本発明は、前記各先行技術の問題を解決しモータのスタート時及びストップ時や回転中に外乱が加わったときに発生する摩耗粉を、モータの回転中及び停止時に外部へ流出させることなく、高い信頼性を有する動圧軸受モータ及びそれを用いた装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持されて相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールと摩耗粉トラップ用の磁石の両方を必須の組合せ要素として近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の観点の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持されて相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールを配置し、かつ前記ラビリンスシールと前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用の磁石を前記ラビリンスシールに近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の観点の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路上であって、かつ前記平行な壁面上に、少なくとも一部分を摩耗粉トラップ用の磁石で形成したラビリンスシールを配置することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、スリーブの開口部と動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用磁石とラビリンスシールを設けることにより、動圧軸受モータの回転中はラビリンスシールによって摩耗粉の外部への流出を防ぐ。動圧軸受モータの停止時には磁石によって摩耗粉を吸着し外部への流出を防ぐ。停止時における摩耗粉の流出は、比較的磁力の弱い磁石によって防止することができる。そのため磁石の磁力の影響によるモータ電流の増加等の悪影響を生じることなく、摩耗粉を十分吸着することが出来る。これにより、回転時及び停止時とも動圧軸受モータの外部への摩耗粉の流出が阻止され、高い信頼性を有する動圧軸受モータ及びそれを用いた装置を提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に述べる。
請求項１に記載の発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、及びスリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石を近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。これにより動圧軸受モータの回転時及び停止時に動圧軸受モータの外部への摩耗粉の流出を防ぐことができると共に磁石の吸引力によるスラスト動圧軸受の性能低下を防ぐことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールを配置し、前記ラビリンスシールと前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用磁石を前記ラビリンスシールに近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。ラビリンスシールの外側に摩耗粉トラップ用磁石が配置されているため、回転中にラビリンスシールを通り抜けた摩耗粉の流出を防ぐことができると共に磁石の吸引力によるスラスト動圧軸受の性能低下を防ぐことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、及びスリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路上であって、かつ前記平行な壁面上に、少なくとも一部分を摩耗粉トラップ用の磁石で形成したラビリンスシールを配置したことを特徴とする。ラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石の一体化により、部品点数の削減ができると共に磁石の吸引力によるスラスト動圧軸受の性能低下を防ぐことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受及び前記スラスト動圧軸受を形成するそれぞれの対向面の少なくともそれぞれ一方の表面が、磁性材料で構成されていることを特徴とする。従って摩耗粉は磁性体であるから摩耗粉トラップ用磁石で吸着される。
【００１８】
請求項５に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受及び前記スラスト動圧軸受を形成するそれぞれの対向面の少なくともそれぞれ一方の表面が磁性材料で構成され、対向するそれぞれ他方の表面が前記磁性材料よりも高い硬度を有する材料によって構成されていることを特徴とする。この構成により硬度の低い磁性材料のみが摩耗するので、摩耗粉が磁性体のみになりすべての摩耗粉が磁石により吸着される。
【００１９】
請求項６に記載の発明の動圧軸受モータは、前記高い硬度の材料がセラミックスであることを特徴とする。これにより軸受部材の耐摩耗性が向上する。
【００２０】
請求項７に記載の発明の動圧軸受モータは、前記セラミックスがＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ｃＢＮ（キュービック ボロン ナイトライド）の群から選択した一つであることを特徴とする。これにより軸受部材の耐摩耗性が向上する。
【００２１】
請求項８に記載の発明の動圧軸受モータは、前記高硬度の材料がＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）であることを特徴とする。これにより軸受部材の耐摩耗性と共に潤滑性も向上する。
【００２２】
請求項９に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ＤＬＣがアモルファスカーボン、水素化アモルファスカーボン、ダイヤモンド状炭素膜、硬質炭素膜の群から選択した一つであることを特徴とする。これにより耐摩耗性と共に潤滑性も向上する。
【００２３】
請求項１０に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受の内側に駆動用モータを配置したことを特徴とする。この構成の動圧軸受モータにおいては、ラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石とを組み合わせることが特に有効であり、摩耗粉の外部への流出が阻止される。
【００２４】
請求項１１に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受より発生する摩耗粉を動圧軸受モータの停止時に吸着できるように、前記連通路の大きさと前記摩耗粉トラップ用磁石表面の磁束密度を選定したことを特徴とする。モータへの影響の少ない摩耗粉トラップ用磁石が使用できる。
【００２５】
請求項１２に記載の発明の回転装置は、動圧軸受モータにポリゴンミラー、又は記録ディスク等の被回転体が取り付けられていることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明の記録ディスク装置は、前記回転装置を搭載した記録ディスク装置であり、摩耗粉が発生しないので摩耗粉による性能や信頼性の低下が防げる。
【００２６】
請求項１４に記載の発明のプリンター装置は、前記回転装置を搭載したプリンター装置であり、摩耗粉が発生しないので摩耗粉による性能や信頼性の低下が防げる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の動圧軸受モータの好適な実施例について、図１から図１１を参照して説明する。
【００２８】
《第１実施例》
本発明の動圧軸受モータの第１実施例を図１から図４を参照して説明する。図１は第１実施例の動圧軸受モータの中心軸を含む断面による断面図であり、ハードディスクドライブ用モータとして用いるものの例を示す。動圧軸受モータの基台となるベース１１に同筒状のシャフト３が取り付けられており、シャフト３の下端部にスラストメインプレート５が取り付けられている。シャフト３の中空部の内壁にスラストサブプレート６と駆動モータＭのステータ１０が取り付けられている。シャフト３の外側には回転可能にスリーブ４が配されている。スリーブ４は回転軸となるピン８を有し、ピン８の下端にはスラストメインプレート５に対向してスラストフランジ７が取り付けられている。ピン８の外面にはステータ１０と対向して駆動モータＭのロータとなる環状のマグネット９が取り付けられており、ステータ１０との間に働く磁力によってスリーブ４に回転力を与える。
【００２９】
シャフト３とスリーブ４との隙間１（例えば、３〜５ミクロン）においてラジアル動圧軸受が形成され、スラストフランジ７とスラストメインプレート５との隙間２Ａ（例えば、８〜１５ミクロン）、及びスラストフランジ７とスラストサブプレート６と隙間２Ｂ（例えば、８〜１５ミクロン）においてスラスト動圧軸受が形成される。動圧軸受モータの技術分野では既知であるので詳細な図示は省略したが、通常、シャフト３の外面とスリーブ４の内面の少なくとも一方の面に、ヘリングボーンやスパイラル形状などの動圧発生溝が形成されている。また、スラストメインプレート５、スラストサブプレート６及びスラストフランジ７のいずれかの面にもヘリングボーンやスパイラル形状の動圧発生溝が形成されている。シャフト３、メインプレート５、スラストサブプレート６、スラストフランジ７は鉄などの磁性材料で形成されている。
【００３０】
このように構成された動圧軸受モータでは、スリーブ４の定常回転時には隙間１、２Ａ及び２Ｂに動圧が発生し、スリーブ４はシャフト３に非接触で支持される。しかしながら、動圧軸受モータのスタート時やストップ時には動圧が十分に発生していないため、スリーブ４とシャフト３及びメインプレート５とスラストフランジ７が接触し摩擦によって摩耗が起って摩耗粉が発生する。また、回転中でも外乱により大きな力が加わると、上記の接触が生じ摩耗粉が発生する場合がある。このようにして生じた摩耗粉は動圧軸受モータの外部に流出して、きわめてデリケートな記録ディスクとそれに僅かなギャップで対向しているヘッドとの間に入ったりすると装置やデータを破壊するに到る。本実施例では、以下に示す構成によって摩耗粉が動圧軸受モータの外部へ流出するのを防止している。
【００３１】
まず、スリーブ４の開口部２０と動圧軸受モータの外部開口２１との間の連通路１２に環状のラビリンスシール１３と環状の摩耗粉トラップ用磁石１４を配置している。ラビリンスシール１３とスリーブ４の凹部１３Ａとの隙間は例えば３００〜５００ミクロンである。これにより、動圧軸受モータの回転中はラビリンスシール１３の既知の遮蔽機能によって摩耗粉の流出を防ぐことができる。動圧軸受モータの停止中はラビリンスシール１３は遮蔽機能を失うが、摩耗粉は摩耗粉トラップ用磁石１４によって吸着され、摩耗粉の外部への流出を防ぐことができる。ラビリンスシール１３と摩耗粉トラップ用磁石１４の配置位置は図１のものに限られるものではなく、連通路１２中に配置すればよい。ラビリンスシール１３をスリーブ４に設け、ベース１１に凹部を形成してもよい。さらに別の応用構造としてラビリンスシールを２ヶ所形成したり、ラビリンスシールをＬ字形に（図示省略）形成することも可能であり、ラビリンスシール１３の位置や形状は前記の実施例には限定されない。
【００３２】
ラジアル動圧軸受を形成するシャフト３とスリーブ４の表面を磁性材料で構成するとともに、スラスト動圧軸受を形成するスラストフランジ７と、スラストメインプレート５及びスラストサブプレート６の表面も磁性体で構成している。従って摩耗粉は磁性材料であり、摩耗粉トラップ用磁石１４で吸着できる。シャフト３はその表面のみを磁性材料で構成してもよい。
【００３３】
スリーブ４を非磁性材料で構成する場合には、その内壁面にシャフト３の磁性材料より高い硬度を有する材料（高硬度材料）の層１５Ａをコーティングにより形成する。高硬度材料の例としては、ダイヤモンド、アモルファスカーボンなどのカーボン系のＤＬＣまたはＴｉｎ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ｃＢＮ等のセラミックスが適している。
【００３４】
高硬度材料の層は、メインプレート５、スラストサブプレート６の表面にも層１５Ｂ及び１５Ｃとして形成する。このように構成すると、層１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃは高硬度のためほとんど摩耗せず、対向する部分、すなわち磁性材料で構成されたシャフト３及びスラストフランジ７の表面のみが摩耗する。
【００３５】
スリーブ４、スラストメインプレート５及びスラストサブプレート６はほとんど摩耗しないので、動圧軸受の寿命が長くなる。また摩耗粉が磁性体のみであるので、摩耗粉トラップ用磁石１４によりすべて吸着される。
【００３６】
高硬度の層１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの材料として、アモルファスカーボン、水素化アモルファスカーボン、ダイヤモンド状炭素膜、硬質炭素膜等のＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）を使用した場合は、耐摩耗性と共に潤滑性が向上する。層１５Ａはシャフト３の外面に形成してもよい。層１５Ｂ、１５Ｃはスラストフランジ７の表面に形成してもよい。
【００３７】
シャフト３、スリーブ４、メインプレート５、スラストサブプレート６及びスラストフランジ７そのものを前記の各高硬度材料で構成してもよい。このようにすると耐摩耗性が大幅に向上するので、摩耗粉が大幅に減る。高硬度材料は磁性材料でも非磁性材料でもよい。図１に示す動圧軸受モータはシャフト３の内側にステータ１０とマグネット９を配置したインナーモータ形式である。そのため連通路１２が短くなるため本発明が特に有効である。周知の代替事項であるから図示を省略するが、ラジアル動圧軸受の外側にステータとマグネットを配置する、アウターモータ形式や、さらに面対向形式のモータでも本実施例を適用できる。
【００３８】
図２の（ａ）及び（ｂ）は、図１の左下部Ｅの部分拡大断面図である。図２の（ａ）は摩耗粉トラップ用の薄いリング状のトラップ用磁石１４のみを設け、ラビリンスシール１３を設けてていない試験用の動圧軸受モータを示す。図２の（ｂ）は、トラップ用磁石１４とラビリンスシール１３を設けた本実施例の動圧軸受モータを示す。図２の（ａ）及び（ｂ）の構成の動圧軸受モータについて摩耗粉トラップ用磁石の幅１７が２ｍｍ、高さ１８が１ｍｍ、連通路１２の高さ方向の幅１６が０．２ｍｍの場合に、摩耗粉トラップ用磁石１４の表面の磁束密度を変化させて実験を行った。
【００３９】
その結果を図３の（ａ）及び（ｂ）の表に示す。図３の（ａ）及び（ｂ）において、第３及び第４欄の（○）は摩耗粉が動圧軸受モータの外部へ流出しなかったことを表し、（×）は流出したことを表す。図３の（ａ）の表は、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を、第１欄に示すように０．５Ｔ（テスラ）から０．００５Ｔまで変えて動圧軸受モータの起動停止を交互に繰り返したとき、動圧軸受モータの外部へ摩耗粉が流出したかどうかを調べた結果を表す。
【００４０】
図２の（ａ）に示すトラップ用磁石１４のみを設けた動圧軸受モータでは、図３の（ａ）の第３欄に（○）で示すように、表面磁束密度が０．５Ｔのときは摩耗粉が外部へ流出しなかった。しかし０．２５Ｔから０．００５Ｔのときは第３欄に（×）で示すように摩耗粉が外部へ流出した。従ってトラップ用磁石１４のみを設けたときは表面磁束密度は０．５Ｔ以上でなければならないことがわかった。
【００４１】
次に図２の（ｂ）に示すように、ラビリンスシール１３とトラップ用磁石１４の両方を設けた本実施例の動圧軸受モータでは、図３の（ａ）の表の第４欄に示すように、トラップ用磁石１４の表面磁束密度が０．０１Ｔから０．５Ｔの範囲で摩耗粉の外部への流出はなかった。ただし０．００５Ｔでは摩耗粉が流出した。
【００４２】
図３の（ａ）の第５欄に動圧軸受モータのステータ１０の電流値を示す。トラップ用磁石１４の磁力は磁性材料で作られたスリーブ４の回転に制動力を与える、従ってトラップ用磁石１４の表面磁束密度が高い程、同じ回転数（１５０００ｒｐｍ）を保つために必要な電流値が増加する。第５欄に示すように、表面磁束密度が０．００５Ｔから０．５Ｔまで変ると、電流値は５９０ｍＡから８００ｍＡまで変る。この電流値は小さい方が動圧軸受モータの特性上好ましい。第３欄に示すように、トラップ用磁石１４のみを設けたときは、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を０．５Ｔにする必要があるので、電流値は８００ｍＡとなる。これに対して、第４欄に示すように、ラビリンスシール１３とトラップ用のトラップ用磁石１４の両方を設けたときは表面磁束密度が０．０１Ｔでよいので電流は６００ｍＡと大幅に減少した。
【００４３】
図２の（ａ）および（ｂ）において、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を一定の０．０５Ｔとし、連通路１２の大きさ１６を変えて動圧軸受モータの起動・停止を繰り返したとき、動圧軸受モータの外部に摩耗粉が流出したかどうかを調べた結果を図３の（ｂ）に示す。図３の（ｂ）の第１欄に示すように連通路１２の大きさ１６を０．０１ｍｍから０．５ｍｍまで変える。図２の（ａ）に示す、トラップ用磁石１４のみを設けた動圧軸受モータでは、第３欄に（×）印で示すように、連通路１２の大きさ１６が０．０１ｍｍから０．５ｍｍの範囲では摩耗粉の流出を避けることはできなかった。ラビリンスシール１３とトラップ用磁石１４を設けた図２の（ｂ）に示すものでは、第４欄に示すように、連通路１２の大きさ１６を０．２ｍｍ以下にすると、摩耗粉は流出しなかった。連通路１２の大きさ１６が０．５ｍｍでは摩耗粉が流出した。図３の（ｂ）の第５欄に示す電流値は、連通路１２の大きさ１６が小さくなる程大きくなった。これは連通路１２が小さい程空気の粘性によりスリーブ４の受ける抵抗が増加するからである。しかし電流の増加は比較的小幅であった。本実施例の動圧軸受モータでは、連通路１２の大きさ１６を０．２ｍｍ近くまで大きくしても摩耗粉の流出はなかった。従ってステータ１０の電流値を小さくすることができる。
【００４４】
図４は連通路１２の大きさ１６とトラップ用磁石１４の表面磁束密度（テスラＴ）の両方を変えたとき、摩耗粉の流出が阻止できる範囲のトラップ可能条件を示すグラフである。図４においてカーブＡについては、そのカーブＡより左にある通路の大きさと表面磁束密度とで規定されるものでは流出が阻止できる。またカーブＢについては、そのカーブＢより右下にある通路の大きさと表面磁束密度とで規定される範囲にあるものでは流出が阻止できる。本実施例では、動圧軸受モータの停止時に摩耗粉が排出しないように、連通路１２の大きさ１６とトラップ用磁石１４の表面磁束密度の値を設定するのが望ましい。前記図２の（ａ）及び（ｂ）に示す動圧軸受モータの例では、トラップ用磁石１４の幅１７を２ｍｍ、高さ１８を１ｍｍとしたが、これらの数値は一例であり、これらと異なる寸法であっても本実施例の結果が得られる。
【００４５】
図１に示す第１実施例の動圧軸受モータはシャフト３の内側の下部にスラスト動圧軸受として機能する、メインプレート５、スラストサブプレート６及びスラストフランジ７を設けた片持構造を有している。しかし、本発明のラビリンスシール１３及びトラップ用磁石１４の適用は、片持構造のスラスト動圧軸受の構成のものに限定されるものではなく、他の構成のスラスト動圧軸受を有する動圧軸受モータにも適用可能である。例えば軸が片持ちでなく、両端で支持された動圧軸受モータ（図示省略）にも適用できる。この場合軸の両端部にラビリンスシールと摩耗粉トラップ用の磁石を配置すればよい。またラジアル動圧軸受の構成も図１のものに限定されることなく他の構成のラジアル動圧軸受を有する動圧軸受モータにも適用できる。例えばシャフト３が回転する形式の動圧軸受モータや、ラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受が一体となった、球状の動圧軸受モータやそろばん形状の動圧軸受モータ（図示省略）にも適用できる。第１実施例の動圧軸受モータはポリゴンミラーや記録ディスク等の回転体を取り付けて高速で回転する装置に使用可能であり、記録装置やプリンタ装置の回転駆動源として有用である。
【００４６】
《第２実施例》
本発明の第２実施例の動圧軸受モータについて図５を参照して説明する。前記図１に示す第１実施例では、スリーブ４の開口部２０から動圧軸受モータの外部開口２１との間の連通路１２において、開口部２０の側に薄いリング状のトラップ用磁石１４を設け、外部２１の側にラビリンスシール１３を設けている。これに対して図５に示す第２実施例では、開口部２０の側にラビリンスシール１３を設け、外部開口２１の側にトラップ用磁石１４を設けている。その他の構成は図１に示すものと同じであるので重複する説明は省略する。このように構成すると、ラビリンスシール１３の近傍に存在する摩耗粉が、動圧軸受モータの停止時にトラップ用磁石１４によって吸着される。その結果停止時に摩耗粉の流出を防止する機能が更に向上し本実施例の動圧軸受モータを適用した装置の信頼性を更に向上させることができる。
【００４７】
《第３実施例》
本発明の第３実施例の動圧軸受モータについて図６を参照して説明する。図６に示す動圧軸受モータでは、環状のラビリンスシール１９を薄く短い筒状の永久磁石で形成している。すなわち本実施例のラビリンスシール１９は、前記第１及び第２の実施例における摩耗粉トラップ用のトラップ用磁石１４を兼ねている。従って第１及び第２の実施例におけるトラップ用磁石１４に相当するものは設けていない。その他の構成は前記第１実施例に示す動圧軸受モータと同じであるので重複する説明は省略する。本実施例によれば、ラビリンスシール１９がトラップ用磁石１４を兼ねるため部品点数が減少し、動圧軸受モータのコストが低減する。
【００４８】
《第４実施例》
本発明の第４実施例の動圧軸受モータについて図７から図１１を参照して説明する。前記の第１及び第２実施例の動圧軸受モータでは、ベース１１の底面に薄く短い円筒状の摩耗粉トラップ用磁石１４を配置しているが、第４実施例では、図７に示すように、シャフト３に平行なベース１１の側面にラビリンスシール１３と摩耗粉トラップ用磁石１４Ａを配置している。ベース１１の底面に摩耗粉トラップ用磁石１４を配置すると、スリーブ４が磁性材料で作られている場合にはスリーブ４を下方に引くスラスト方向の磁気引力が働く。摩耗粉トラップ用磁石１４Ａを図７のようにベース１１の側面に配置すると、スリーブ４に加わるスラスト方向の磁気吸引力が無くなり、スラスト方向の荷重が減少する。
【００４９】
図８の（ａ）は、トラップ用磁石１４をベース１１の底面に配置した第１及び第２実施例の動圧軸受モータにおいて、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を０．５Ｔから０．００５Ｔまで変えたときのステータ１０の電流値の測定結果を示す表であり、図３の（ａ）と同じである。図８の（ｂ）は本実施例の動圧軸受モータのステータ１０の電流値の測定結果を示す。それぞれモータの起動停止を繰り返しながら動圧軸受モータの外部開口に流出する摩耗粉を検出するとともにステータ１０の電流値の測定を行った。図８の（ａ）の表と（ｂ）の表を比較すると、摩耗粉の流出については両者同じである。第５欄の電流値では、（ｂ）の表の電流値が、表面磁束密度０．５Ｔから０．００５Ｔのいずれにおいても（ａ）の表の電流値より少ない。これは本実施例の動圧軸受モータではスリーブ４にトラップ用磁石１４によるスラスト方向の磁気引力が加わらないからである。図９に示すように、トラップ用磁石１４のみをベース１１の側面に設け、ラビリンスシール１３はベース１１の底面に設けてもよい。
【００５０】
また図１０に示すように、連通路１２のスリーブ開口２０の側にラビリンスシール１３を設け、動圧軸受モータの外部開口２１の側に薄い環状又は薄く短い筒状の摩耗粉トラップ用磁石１４を配置してもよい。この構成ではラビリンスシール１３の近傍に存在する摩耗粉が動圧軸受モータの停止時に摩耗粉トラップ用磁石１４で吸着される。
【００５１】
図１１に示すようにベース１１の側面の連通路１２に磁石で形成した摩耗粉トラップ用磁石兼用のラビリンスシール１９を配置すると、ラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石の一体化でき、部品点数の削減ができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の各実施例で詳細に説明したように、本発明の動圧軸受装置によれば、スリーブ開口部と動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシール及び薄い環状の又は薄く短い筒状の摩耗粉トラップ用磁石を配置している。従ってモータのスタート時やストップ時の摩擦、モータの回転中において外乱による摩擦によって発生する摩耗粉を動圧軸受モータの外部へ流出させることがなく、高信頼性を保つ動圧軸受モータ及びそれを用いた装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における動圧軸受モータの断面図
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明第１の実施例における図１の左端部Ｅの連通路部分の拡大断面図
【図３】（ａ）は本発明の第１実例における摩耗粉トラップ用磁石の表面の磁束密度変化と電流の変化の関係を示す実験結果の表
（ｂ）は連通路の大きさ変化と電流値の変化の関係を示す実験結果の表
【図４】本発明の第１実施例におけるトラップ可能条件の実験結果を示すグラフ
【図５】本発明の第２実施例における動圧軸受モータの断面図
【図６】本発明の第３実施例における動圧軸受モータの断面図
【図７】本発明の第４実施例における動圧軸受モータの断面図
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４実施例における摩耗粉トラップ用磁石の位置及び表面磁束密度変化と電流の変化の関係を示す表
【図９】本発明の第４実施例における他の例の動圧軸受モータの断面図
【図１０】 本発明の第４実施例における更に他の例の動圧軸受モータ断面図
【図１１】 本発明の第４実施例における更に他の例の動圧軸受モータの断面図
【図１２】 従来の動圧軸受モータの断面図
【図１３】 従来の他の例の動圧軸受モータの断面図
【符号の説明】
１ 隙間
２ Ａ、２Ｂ隙間
３ シャフト
４ スリーブ
５ スラストメインプレート
６ スラストサブプレート
７ スラストフランジ
８ ピン
９ マグネット
１０ ステータ
１１ ベース
１２ 連通路
１３ ラビリンスシール
１４ 摩耗粉トラップ用磁石
１５ Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ層
１６ 連通路の大きさ
１７ 摩耗粉トラップ用磁石の幅
１８ 摩耗粉トラップ用磁石の高さ
１９ 摩耗粉トラップ用磁石兼用のラビリンスシール
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理分野で使われるディスクドライブ装置やレーザービーム型プリンター装置等に用いられる動圧軸受モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディスクドライブ装置やレーザービーム型プリンター装置のモータ部の軸受けとしては玉軸受が用いられていた。近年データ転送の高速化やプリントの高速化の要求によるモータの高速回転にともない、これらの軸受はモータの高速回転に対応できるように従来の玉軸受ではなく動圧軸受が使用されるようになってきた。
【０００３】
図１２は、特開２０００−３５２４１７号公報に示されている第１の先行技術の動圧軸受モータの要部の断面図である。図において、いずれも鉄などの磁性材料で作られた、スラストフランジ１０７とシャフト１０３が対向する隙間１０２でスラスト動圧軸受が形成され、スリーブ１０４とシャフト１０３の隙間１０１でラジアル動圧軸受が形成される。スリーブ１０４内には、駆動モータＭのロータ用の磁石１０９が設けられている。ベース１１１には、磁石１０９に対向して駆動モータＭのステータ１１０が設けられている。ステータ１１０に通電してスリーブ１０４を所定の回転速度で回転させると空気圧によりスリーブ１０４はシャフト１０３との間に隙間１０１及び１０２を保って非接触で回転する。
【０００４】
図１３は、特開平１１−２７５８０７号公報に示されている第２の先行技術の動圧軸受モータの要部の断面図である。図において、スリーブ１２４の軸１２８の下端部に取り付けられたスラストフランジ１２７とスラストメインプレート１２５が対向する隙間１２２およびスラストフランジ１２７とスラストサブプレート１２６が対向する隙間１２９でスラスト動圧軸受が形成される。またスリーブ１２４とシャフト１２３との間の隙間１２１でラジアル動圧軸受が形成される。軸１２８の外周部には、駆動モータＭのロータ用の磁石１３６が設けられている。円筒状のシャフト１２３の内周部には、磁石１３６に対向して駆動モータＭのステータ１３０が設けられている。ステータ１３０に通電してスリーブ１２４を所定の回転速度で回転させると、スリーブ１２４はシャフト１２３との間に流体圧により隙間１２１、１２２及び１２９を保って、非接触で回転する。
【０００５】
動圧軸受モータは非接触で回転するため振動や騒音が少なく、高速回転が可能となるという優れた性能を持つ。しかし動圧軸受特有の問題の一つに、例えば図１２における隙間１０１と隙間１０２の対向面の接触による摩耗粉の発生がある。動圧軸受は、所定の回転速度で回転しているとき（定常回転時）は動圧の発生により対向面は非接触であるが、停止状態から所定の回転速度に達するまでのスタート時や、所定の回転速度から停止状態に至るまでのストップ時には動圧が発生しないため対向面が接触する。すなわち回転のスタート時とストップ時にはシャフト１０３とスリーブ１０４が接触してすれ合い、表面が摩耗して主として鉄粉又は磁性材料である摩耗粉が発生する。また、シャフト１０３とスラストフランジ１０７とが接触して同様に主として鉄粉又は磁性材料である摩耗粉が発生する。さらに、外乱が加わると定常回転時でもシャフト１０３とスリーブ１０４が接触して同様の摩耗粉が発生するおそれがある。これらの摩耗粉が動圧軸受モータの回転によって発生する気流に乗って点線１１２で示す経路（以下、連通路１１２という）で動圧軸受モータの外部開口１２０から外部へ流出すると、この動圧軸受モータがハードディスクドライブ装置に用いられている場合はヘッド及び動圧軸受モータに取り付けたディスクを傷つけることがある。またこの動圧軸受モータがプリンターに用いられている場合はポリゴンミラーを汚すため、プリントの品質に悪影響を及ぼす。
【０００６】
これらの問題に対処するため、図１２の第１の先行技術では、ラジアル動圧軸受部の開放端１１８と動圧軸受モータの外部開口１２０とを繋ぐ連通路１１２に環状のトラップ用の磁石１１４を配置する。そして磁石１１４とスリーブ１０４との対向面の隙間１１３を小さくして、この隙間を通る磁性体の摩耗粉を磁石１１４で吸着している。
また、図１３の第２の先行技術では、点線１３２で示す連通路（以下、連通路１３２という）中に環状のラビリンスシール１３３を配置している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の先行技術の磁石によって摩耗粉を吸着する方法は、連通路１１２を長くし、大きな面積の磁石１１４を設けないと動圧軸受モータの回転中に流出する摩耗粉の吸着が完全には出来ない。吸着を完全にするために強力な磁石１１４を使用すると、その磁力によってモータの回転が影響をうける。すなわち、モータの消費電流の増大や回転数変動が起こるなどモータの特性が悪化する。隙間１１３を極めて小さくすると、摩耗粉の吸着はかなり完全になされるが、摩耗粉によって隙間１１３が詰まり、動圧軸受がロックされ回転できなくなるおそれがある。また高い加工・組立精度が必要になりコストも上昇する。
【０００８】
一方、図１３の第２の先行技術では、ラビリンスシールを設けている。従って動圧軸受モータの回転中は空気の流動によるラビリンスシールの遮蔽機能によって摩耗粉の流出を防止できる。しかし停止時にはその遮蔽機能を失うため、摩耗粉が動圧軸受モータの外部へ流出する。その結果ハードディスクやポリゴンミラー等の、この動圧軸受を使用するモータの信頼性を損なう。
本発明は、前記各先行技術の問題を解決しモータのスタート時及びストップ時や回転中に外乱が加わったときに発生する摩耗粉を、モータの回転中及び停止時に外部へ流出させることなく、高い信頼性を有する動圧軸受モータ及びそれを用いた装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持されて相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールと摩耗粉トラップ用の磁石の両方を必須の組合せ要素として近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の観点の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持されて相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールを配置し、かつ前記ラビリンスシールと前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用の磁石を前記ラビリンスシールに近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の観点の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路上であって、かつ前記平行な壁面上に、少なくとも一部分を摩耗粉トラップ用の磁石で形成したラビリンスシールを配置することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、スリーブの開口部と動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用磁石とラビリンスシールを設けることにより、動圧軸受モータの回転中はラビリンスシールによって摩耗粉の外部への流出を防ぐ。動圧軸受モータの停止時には磁石によって摩耗粉を吸着し外部への流出を防ぐ。停止時における摩耗粉の流出は、比較的磁力の弱い磁石によって防止することができる。そのため磁石の磁力の影響によるモータ電流の増加等の悪影響を生じることなく、摩耗粉を十分吸着することが出来る。これにより、回転時及び停止時とも動圧軸受モータの外部への摩耗粉の流出が阻止され、高い信頼性を有する動圧軸受モータ及びそれを用いた装置を提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に述べる。
請求項１に記載の発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、及びスリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石を近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。これにより動圧軸受モータの回転時及び停止時に動圧軸受モータの外部への摩耗粉の流出を防ぐことができると共に磁石の吸引力によるスラスト動圧軸受の性能低下を防ぐことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールを配置し、前記ラビリンスシールと前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用磁石を前記ラビリンスシールに近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする。ラビリンスシールの外側に摩耗粉トラップ用磁石が配置されているため、回転中にラビリンスシールを通り抜けた摩耗粉の流出を防ぐことができると共に磁石の吸引力によるスラスト動圧軸受の性能低下を防ぐことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明の動圧軸受モータは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、及びスリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路上であって、かつ前記平行な壁面上に、少なくとも一部分を摩耗粉トラップ用の磁石で形成したラビリンスシールを配置したことを特徴とする。ラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石の一体化により、部品点数の削減ができると共に磁石の吸引力によるスラスト動圧軸受の性能低下を防ぐことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受及び前記スラスト動圧軸受を形成するそれぞれの対向面の少なくともそれぞれ一方の表面が、磁性材料で構成されていることを特徴とする。従って摩耗粉は磁性体であるから摩耗粉トラップ用磁石で吸着される。
【００１８】
請求項５に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受及び前記スラスト動圧軸受を形成するそれぞれの対向面の少なくともそれぞれ一方の表面が磁性材料で構成され、対向するそれぞれ他方の表面が前記磁性材料よりも高い硬度を有する材料によって構成されていることを特徴とする。この構成により硬度の低い磁性材料のみが摩耗するので、摩耗粉が磁性体のみになりすべての摩耗粉が磁石により吸着される。
【００１９】
請求項６に記載の発明の動圧軸受モータは、前記高い硬度の材料がセラミックスであることを特徴とする。これにより軸受部材の耐摩耗性が向上する。
【００２０】
請求項７に記載の発明の動圧軸受モータは、前記セラミックスがＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ｃＢＮ（キュービック ボロン ナイトライド）の群から選択した一つであることを特徴とする。これにより軸受部材の耐摩耗性が向上する。
【００２１】
請求項８に記載の発明の動圧軸受モータは、前記高硬度の材料がＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）であることを特徴とする。これにより軸受部材の耐摩耗性と共に潤滑性も向上する。
【００２２】
請求項９に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ＤＬＣがアモルファスカーボン、水素化アモルファスカーボン、ダイヤモンド状炭素膜、硬質炭素膜の群から選択した一つであることを特徴とする。これにより耐摩耗性と共に潤滑性も向上する。
【００２３】
請求項１０に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受の内側に駆動用モータを配置したことを特徴とする。この構成の動圧軸受モータにおいては、ラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石とを組み合わせることが特に有効であり、摩耗粉の外部への流出が阻止される。
【００２４】
請求項１１に記載の発明の動圧軸受モータは、前記ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受より発生する摩耗粉を動圧軸受モータの停止時に吸着できるように、前記連通路の大きさと前記摩耗粉トラップ用磁石表面の磁束密度を選定したことを特徴とする。モータへの影響の少ない摩耗粉トラップ用磁石が使用できる。
【００２５】
請求項１２に記載の発明の回転装置は、動圧軸受モータにポリゴンミラー、又は記録ディスク等の被回転体が取り付けられていることを特徴とする。
請求項１３に記載の発明の記録ディスク装置は、前記回転装置を搭載した記録ディスク装置であり、摩耗粉が発生しないので摩耗粉による性能や信頼性の低下が防げる。
【００２６】
請求項１４に記載の発明のプリンター装置は、前記回転装置を搭載したプリンター装置であり、摩耗粉が発生しないので摩耗粉による性能や信頼性の低下が防げる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の動圧軸受モータの好適な実施例について、図１から図１１を参照して説明する。
【００２８】
《第１実施例》
本発明の動圧軸受モータの第１実施例を図１から図４を参照して説明する。図１は第１実施例の動圧軸受モータの中心軸を含む断面による断面図であり、ハードディスクドライブ用モータとして用いるものの例を示す。動圧軸受モータの基台となるベース１１に同筒状のシャフト３が取り付けられており、シャフト３の下端部にスラストメインプレート５が取り付けられている。シャフト３の中空部の内壁にスラストサブプレート６と駆動モータＭのステータ１０が取り付けられている。シャフト３の外側には回転可能にスリーブ４が配されている。スリーブ４は回転軸となるピン８を有し、ピン８の下端にはスラストメインプレート５に対向してスラストフランジ７が取り付けられている。ピン８の外面にはステータ１０と対向して駆動モータＭのロータとなる環状のマグネット９が取り付けられており、ステータ１０との間に働く磁力によってスリーブ４に回転力を与える。
【００２９】
シャフト３とスリーブ４との隙間１（例えば、３〜５ミクロン）においてラジアル動圧軸受が形成され、スラストフランジ７とスラストメインプレート５との隙間２Ａ（例えば、８〜１５ミクロン）、及びスラストフランジ７とスラストサブプレート６と隙間２Ｂ（例えば、８〜１５ミクロン）においてスラスト動圧軸受が形成される。動圧軸受モータの技術分野では既知であるので詳細な図示は省略したが、通常、シャフト３の外面とスリーブ４の内面の少なくとも一方の面に、ヘリングボーンやスパイラル形状などの動圧発生溝が形成されている。また、スラストメインプレート５、スラストサブプレート６及びスラストフランジ７のいずれかの面にもヘリングボーンやスパイラル形状の動圧発生溝が形成されている。シャフト３、メインプレート５、スラストサブプレート６、スラストフランジ７は鉄などの磁性材料で形成されている。
【００３０】
このように構成された動圧軸受モータでは、スリーブ４の定常回転時には隙間１、２Ａ及び２Ｂに動圧が発生し、スリーブ４はシャフト３に非接触で支持される。しかしながら、動圧軸受モータのスタート時やストップ時には動圧が十分に発生していないため、スリーブ４とシャフト３及びメインプレート５とスラストフランジ７が接触し摩擦によって摩耗が起って摩耗粉が発生する。また、回転中でも外乱により大きな力が加わると、上記の接触が生じ摩耗粉が発生する場合がある。このようにして生じた摩耗粉は動圧軸受モータの外部に流出して、きわめてデリケートな記録ディスクとそれに僅かなギャップで対向しているヘッドとの間に入ったりすると装置やデータを破壊するに到る。本実施例では、以下に示す構成によって摩耗粉が動圧軸受モータの外部へ流出するのを防止している。
【００３１】
まず、スリーブ４の開口部２０と動圧軸受モータの外部開口２１との間の連通路１２に環状のラビリンスシール１３と環状の摩耗粉トラップ用磁石１４を配置している。ラビリンスシール１３とスリーブ４の凹部１３Ａとの隙間は例えば３００〜５００ミクロンである。これにより、動圧軸受モータの回転中はラビリンスシール１３の既知の遮蔽機能によって摩耗粉の流出を防ぐことができる。動圧軸受モータの停止中はラビリンスシール１３は遮蔽機能を失うが、摩耗粉は摩耗粉トラップ用磁石１４によって吸着され、摩耗粉の外部への流出を防ぐことができる。ラビリンスシール１３と摩耗粉トラップ用磁石１４の配置位置は図１のものに限られるものではなく、連通路１２中に配置すればよい。ラビリンスシール１３をスリーブ４に設け、ベース１１に凹部を形成してもよい。さらに別の応用構造としてラビリンスシールを２ヶ所形成したり、ラビリンスシールをＬ字形に（図示省略）形成することも可能であり、ラビリンスシール１３の位置や形状は前記の実施例には限定されない。
【００３２】
ラジアル動圧軸受を形成するシャフト３とスリーブ４の表面を磁性材料で構成するとともに、スラスト動圧軸受を形成するスラストフランジ７と、スラストメインプレート５及びスラストサブプレート６の表面も磁性体で構成している。従って摩耗粉は磁性材料であり、摩耗粉トラップ用磁石１４で吸着できる。シャフト３はその表面のみを磁性材料で構成してもよい。
【００３３】
スリーブ４を非磁性材料で構成する場合には、その内壁面にシャフト３の磁性材料より高い硬度を有する材料（高硬度材料）の層１５Ａをコーティングにより形成する。高硬度材料の例としては、ダイヤモンド、アモルファスカーボンなどのカーボン系のＤＬＣまたはＴｉｎ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ｃＢＮ等のセラミックスが適している。
【００３４】
高硬度材料の層は、メインプレート５、スラストサブプレート６の表面にも層１５Ｂ及び１５Ｃとして形成する。このように構成すると、層１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃは高硬度のためほとんど摩耗せず、対向する部分、すなわち磁性材料で構成されたシャフト３及びスラストフランジ７の表面のみが摩耗する。
【００３５】
スリーブ４、スラストメインプレート５及びスラストサブプレート６はほとんど摩耗しないので、動圧軸受の寿命が長くなる。また摩耗粉が磁性体のみであるので、摩耗粉トラップ用磁石１４によりすべて吸着される。
【００３６】
高硬度の層１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃの材料として、アモルファスカーボン、水素化アモルファスカーボン、ダイヤモンド状炭素膜、硬質炭素膜等のＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）を使用した場合は、耐摩耗性と共に潤滑性が向上する。層１５Ａはシャフト３の外面に形成してもよい。層１５Ｂ、１５Ｃはスラストフランジ７の表面に形成してもよい。
【００３７】
シャフト３、スリーブ４、メインプレート５、スラストサブプレート６及びスラストフランジ７そのものを前記の各高硬度材料で構成してもよい。このようにすると耐摩耗性が大幅に向上するので、摩耗粉が大幅に減る。高硬度材料は磁性材料でも非磁性材料でもよい。図１に示す動圧軸受モータはシャフト３の内側にステータ１０とマグネット９を配置したインナーモータ形式である。そのため連通路１２が短くなるため本発明が特に有効である。周知の代替事項であるから図示を省略するが、ラジアル動圧軸受の外側にステータとマグネットを配置する、アウターモータ形式や、さらに面対向形式のモータでも本実施例を適用できる。
【００３８】
図２の（ａ）及び（ｂ）は、図１の左下部Ｅの部分拡大断面図である。図２の（ａ）は摩耗粉トラップ用の薄いリング状のトラップ用磁石１４のみを設け、ラビリンスシール１３を設けてていない試験用の動圧軸受モータを示す。図２の（ｂ）は、トラップ用磁石１４とラビリンスシール１３を設けた本実施例の動圧軸受モータを示す。図２の（ａ）及び（ｂ）の構成の動圧軸受モータについて摩耗粉トラップ用磁石の幅１７が２ｍｍ、高さ１８が１ｍｍ、連通路１２の高さ方向の幅１６が０．２ｍｍの場合に、摩耗粉トラップ用磁石１４の表面の磁束密度を変化させて実験を行った。
【００３９】
その結果を図３の（ａ）及び（ｂ）の表に示す。図３の（ａ）及び（ｂ）において、第３及び第４欄の（○）は摩耗粉が動圧軸受モータの外部へ流出しなかったことを表し、（×）は流出したことを表す。図３の（ａ）の表は、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を、第１欄に示すように０．５Ｔ（テスラ）から０．００５Ｔまで変えて動圧軸受モータの起動停止を交互に繰り返したとき、動圧軸受モータの外部へ摩耗粉が流出したかどうかを調べた結果を表す。
【００４０】
図２の（ａ）に示すトラップ用磁石１４のみを設けた動圧軸受モータでは、図３の（ａ）の第３欄に（○）で示すように、表面磁束密度が０．５Ｔのときは摩耗粉が外部へ流出しなかった。しかし０．２５Ｔから０．００５Ｔのときは第３欄に（×）で示すように摩耗粉が外部へ流出した。従ってトラップ用磁石１４のみを設けたときは表面磁束密度は０．５Ｔ以上でなければならないことがわかった。
【００４１】
次に図２の（ｂ）に示すように、ラビリンスシール１３とトラップ用磁石１４の両方を設けた本実施例の動圧軸受モータでは、図３の（ａ）の表の第４欄に示すように、トラップ用磁石１４の表面磁束密度が０．０１Ｔから０．５Ｔの範囲で摩耗粉の外部への流出はなかった。ただし０．００５Ｔでは摩耗粉が流出した。
【００４２】
図３の（ａ）の第５欄に動圧軸受モータのステータ１０の電流値を示す。トラップ用磁石１４の磁力は磁性材料で作られたスリーブ４の回転に制動力を与える、従ってトラップ用磁石１４の表面磁束密度が高い程、同じ回転数（１５０００ｒｐｍ）を保つために必要な電流値が増加する。第５欄に示すように、表面磁束密度が０．００５Ｔから０．５Ｔまで変ると、電流値は５９０ｍＡから８００ｍＡまで変る。この電流値は小さい方が動圧軸受モータの特性上好ましい。第３欄に示すように、トラップ用磁石１４のみを設けたときは、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を０．５Ｔにする必要があるので、電流値は８００ｍＡとなる。これに対して、第４欄に示すように、ラビリンスシール１３とトラップ用のトラップ用磁石１４の両方を設けたときは表面磁束密度が０．０１Ｔでよいので電流は６００ｍＡと大幅に減少した。
【００４３】
図２の（ａ）および（ｂ）において、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を一定の０．０５Ｔとし、連通路１２の大きさ１６を変えて動圧軸受モータの起動・停止を繰り返したとき、動圧軸受モータの外部に摩耗粉が流出したかどうかを調べた結果を図３の（ｂ）に示す。図３の（ｂ）の第１欄に示すように連通路１２の大きさ１６を０．０１ｍｍから０．５ｍｍまで変える。図２の（ａ）に示す、トラップ用磁石１４のみを設けた動圧軸受モータでは、第３欄に（×）印で示すように、連通路１２の大きさ１６が０．０１ｍｍから０．５ｍｍの範囲では摩耗粉の流出を避けることはできなかった。ラビリンスシール１３とトラップ用磁石１４を設けた図２の（ｂ）に示すものでは、第４欄に示すように、連通路１２の大きさ１６を０．２ｍｍ以下にすると、摩耗粉は流出しなかった。連通路１２の大きさ１６が０．５ｍｍでは摩耗粉が流出した。図３の（ｂ）の第５欄に示す電流値は、連通路１２の大きさ１６が小さくなる程大きくなった。これは連通路１２が小さい程空気の粘性によりスリーブ４の受ける抵抗が増加するからである。しかし電流の増加は比較的小幅であった。本実施例の動圧軸受モータでは、連通路１２の大きさ１６を０．２ｍｍ近くまで大きくしても摩耗粉の流出はなかった。従ってステータ１０の電流値を小さくすることができる。
【００４４】
図４は連通路１２の大きさ１６とトラップ用磁石１４の表面磁束密度（テスラＴ）の両方を変えたとき、摩耗粉の流出が阻止できる範囲のトラップ可能条件を示すグラフである。図４においてカーブＡについては、そのカーブＡより左にある通路の大きさと表面磁束密度とで規定されるものでは流出が阻止できる。またカーブＢについては、そのカーブＢより右下にある通路の大きさと表面磁束密度とで規定される範囲にあるものでは流出が阻止できる。本実施例では、動圧軸受モータの停止時に摩耗粉が排出しないように、連通路１２の大きさ１６とトラップ用磁石１４の表面磁束密度の値を設定するのが望ましい。前記図２の（ａ）及び（ｂ）に示す動圧軸受モータの例では、トラップ用磁石１４の幅１７を２ｍｍ、高さ１８を１ｍｍとしたが、これらの数値は一例であり、これらと異なる寸法であっても本実施例の結果が得られる。
【００４５】
図１に示す第１実施例の動圧軸受モータはシャフト３の内側の下部にスラスト動圧軸受として機能する、メインプレート５、スラストサブプレート６及びスラストフランジ７を設けた片持構造を有している。しかし、本発明のラビリンスシール１３及びトラップ用磁石１４の適用は、片持構造のスラスト動圧軸受の構成のものに限定されるものではなく、他の構成のスラスト動圧軸受を有する動圧軸受モータにも適用可能である。例えば軸が片持ちでなく、両端で支持された動圧軸受モータ（図示省略）にも適用できる。この場合軸の両端部にラビリンスシールと摩耗粉トラップ用の磁石を配置すればよい。またラジアル動圧軸受の構成も図１のものに限定されることなく他の構成のラジアル動圧軸受を有する動圧軸受モータにも適用できる。例えばシャフト３が回転する形式の動圧軸受モータや、ラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受が一体となった、球状の動圧軸受モータやそろばん形状の動圧軸受モータ（図示省略）にも適用できる。第１実施例の動圧軸受モータはポリゴンミラーや記録ディスク等の回転体を取り付けて高速で回転する装置に使用可能であり、記録装置やプリンタ装置の回転駆動源として有用である。
【００４６】
《第２実施例》
本発明の第２実施例の動圧軸受モータについて図５を参照して説明する。前記図１に示す第１実施例では、スリーブ４の開口部２０から動圧軸受モータの外部開口２１との間の連通路１２において、開口部２０の側に薄いリング状のトラップ用磁石１４を設け、外部２１の側にラビリンスシール１３を設けている。これに対して図５に示す第２実施例では、開口部２０の側にラビリンスシール１３を設け、外部開口２１の側にトラップ用磁石１４を設けている。その他の構成は図１に示すものと同じであるので重複する説明は省略する。このように構成すると、ラビリンスシール１３の近傍に存在する摩耗粉が、動圧軸受モータの停止時にトラップ用磁石１４によって吸着される。その結果停止時に摩耗粉の流出を防止する機能が更に向上し本実施例の動圧軸受モータを適用した装置の信頼性を更に向上させることができる。
【００４７】
《第３実施例》
本発明の第３実施例の動圧軸受モータについて図６を参照して説明する。図６に示す動圧軸受モータでは、環状のラビリンスシール１９を薄く短い筒状の永久磁石で形成している。すなわち本実施例のラビリンスシール１９は、前記第１及び第２の実施例における摩耗粉トラップ用のトラップ用磁石１４を兼ねている。従って第１及び第２の実施例におけるトラップ用磁石１４に相当するものは設けていない。その他の構成は前記第１実施例に示す動圧軸受モータと同じであるので重複する説明は省略する。本実施例によれば、ラビリンスシール１９がトラップ用磁石１４を兼ねるため部品点数が減少し、動圧軸受モータのコストが低減する。
【００４８】
《第４実施例》
本発明の第４実施例の動圧軸受モータについて図７から図１１を参照して説明する。前記の第１及び第２実施例の動圧軸受モータでは、ベース１１の底面に薄く短い円筒状の摩耗粉トラップ用磁石１４を配置しているが、第４実施例では、図７に示すように、シャフト３に平行なベース１１の側面にラビリンスシール１３と摩耗粉トラップ用磁石１４Ａを配置している。ベース１１の底面に摩耗粉トラップ用磁石１４を配置すると、スリーブ４が磁性材料で作られている場合にはスリーブ４を下方に引くスラスト方向の磁気引力が働く。摩耗粉トラップ用磁石１４Ａを図７のようにベース１１の側面に配置すると、スリーブ４に加わるスラスト方向の磁気吸引力が無くなり、スラスト方向の荷重が減少する。
【００４９】
図８の（ａ）は、トラップ用磁石１４をベース１１の底面に配置した第１及び第２実施例の動圧軸受モータにおいて、トラップ用磁石１４の表面磁束密度を０．５Ｔから０．００５Ｔまで変えたときのステータ１０の電流値の測定結果を示す表であり、図３の（ａ）と同じである。図８の（ｂ）は本実施例の動圧軸受モータのステータ１０の電流値の測定結果を示す。それぞれモータの起動停止を繰り返しながら動圧軸受モータの外部開口に流出する摩耗粉を検出するとともにステータ１０の電流値の測定を行った。図８の（ａ）の表と（ｂ）の表を比較すると、摩耗粉の流出については両者同じである。第５欄の電流値では、（ｂ）の表の電流値が、表面磁束密度０．５Ｔから０．００５Ｔのいずれにおいても（ａ）の表の電流値より少ない。これは本実施例の動圧軸受モータではスリーブ４にトラップ用磁石１４によるスラスト方向の磁気引力が加わらないからである。図９に示すように、トラップ用磁石１４のみをベース１１の側面に設け、ラビリンスシール１３はベース１１の底面に設けてもよい。
【００５０】
また図１０に示すように、連通路１２のスリーブ開口２０の側にラビリンスシール１３を設け、動圧軸受モータの外部開口２１の側に薄い環状又は薄く短い筒状の摩耗粉トラップ用磁石１４を配置してもよい。この構成ではラビリンスシール１３の近傍に存在する摩耗粉が動圧軸受モータの停止時に摩耗粉トラップ用磁石１４で吸着される。
【００５１】
図１１に示すようにベース１１の側面の連通路１２に磁石で形成した摩耗粉トラップ用磁石兼用のラビリンスシール１９を配置すると、ラビリンスシールと摩耗粉トラップ用磁石の一体化でき、部品点数の削減ができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の各実施例で詳細に説明したように、本発明の動圧軸受装置によれば、スリーブ開口部と動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシール及び薄い環状の又は薄く短い筒状の摩耗粉トラップ用磁石を配置している。従ってモータのスタート時やストップ時の摩擦、モータの回転中において外乱による摩擦によって発生する摩耗粉を動圧軸受モータの外部へ流出させることがなく、高信頼性を保つ動圧軸受モータ及びそれを用いた装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における動圧軸受モータの断面図
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明第１の実施例における図１の左端部Ｅの連通路部分の拡大断面図
【図３】（ａ）は本発明の第１実例における摩耗粉トラップ用磁石の表面の磁束密度変化と電流の変化の関係を示す実験結果の表
（ｂ）は連通路の大きさ変化と電流値の変化の関係を示す実験結果の表
【図４】本発明の第１実施例におけるトラップ可能条件の実験結果を示すグラフ
【図５】本発明の第２実施例における動圧軸受モータの断面図
【図６】本発明の第３実施例における動圧軸受モータの断面図
【図７】本発明の第４実施例における動圧軸受モータの断面図
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４実施例における摩耗粉トラップ用磁石の位置及び表面磁束密度変化と電流の変化の関係を示す表
【図９】本発明の第４実施例における他の例の動圧軸受モータの断面図
【図１０】 本発明の第４実施例における更に他の例の動圧軸受モータ断面図
【図１１】 本発明の第４実施例における更に他の例の動圧軸受モータの断面図
【図１２】 従来の動圧軸受モータの断面図
【図１３】 従来の他の例の動圧軸受モータの断面図
【符号の説明】
１ 隙間
２ Ａ、２Ｂ隙間
３ シャフト
４ スリーブ
５ スラストメインプレート
６ スラストサブプレート
７ スラストフランジ
８ ピン
９ マグネット
１０ ステータ
１１ ベース
１２ 連通路
１３ ラビリンスシール
１４ 摩耗粉トラップ用磁石
１５ Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ層
１６ 連通路の大きさ
１７ 摩耗粉トラップ用磁石の幅
１８ 摩耗粉トラップ用磁石の高さ
１９ 摩耗粉トラップ用磁石兼用のラビリンスシール
Claims (14)
- ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、
前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシール及び摩耗粉トラップ用磁石を近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする動圧軸受モータ。 - ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、
前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路にラビリンスシールを配置し、前記ラビリンスシールと前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路に摩耗粉トラップ用磁石を前記ラビリンスシールに近接して配置すると共に、前記摩耗粉トラップ用磁石は前記平行な壁面上に配置されていることを特徴とする動圧軸受モータ。 - ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受によって支持され、相対的に回転可能になされた軸、スリーブ及び駆動モータを有し、前記軸に平行な壁面を有するベース上で、かつ前記平行な壁面に囲まれた領域内に構成された動圧軸受モータにおいて、
前記スリーブの開口部と前記動圧軸受モータの外部開口との間の連通路上であって、かつ前記平行な壁面上に、少なくとも一部分を摩耗粉トラップ用磁石で形成したラビリンスシールを配置したことを特徴とする動圧軸受モータ。 - 前記ラジアル動圧軸受及び前記スラスト動圧軸受を形成するそれぞれの対向面の少なくとも一方の表面が、磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動圧軸受モータ。
- 前記ラジアル動圧軸受及び前記スラスト動圧軸受を形成するそれぞれの対向面の少なくとも一方の表面が磁性材料で構成され、対向するそれぞれ他方の表面が前記磁性材料よりも高い硬度を有する材料によって構成されていることを特徴とする請求項４記載の動圧軸受モータ。
- 前記高い硬度の材料がセラミックスであることを特徴とする請求項５記載の動圧軸受モータ。
- 前記セラミックスが、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ｃＢＮの群から選択した一つであることを特徴とする請求項６記載の動圧軸受モータ。
- 前記高い硬度の材料がＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）であることを特徴とする請求項５記載の動圧軸受モータ。
- 前記ＤＬＣがアモルファスカーボン、水素化アモルファスカーボン、ダイヤモンド状炭素膜、硬質炭素膜の群から選択した一つであることを特徴とする請求項８記載の動圧軸受モータ。
- 前記ラジアル動圧軸受の内部に駆動用モータを配置したことを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の動圧軸受モータ。
- 前記ラジアル動圧軸受部及びスラスト動圧軸受部から発生する摩耗粉が動圧軸受モータの停止時に吸着可能となるように、前記連通路の大きさと前記摩耗粉トラップ用磁石の表面の磁束密度を選定したことを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の動圧軸受モータ。
- 請求項１〜１１のいずれかに記載の動圧軸受モータにポリゴンミラー、又は記録ディスク等の被回転体を取り付けたことを特徴とする回転装置。
- 請求項１２記載の回転装置を搭載した記録ディスク装置。
- 請求項１２記載の回転装置を搭載したプリンター装置。
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