JP3549389B2 - 動圧流体軸受装置及び電動機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸部から張り出したスラスト部を有してなる固定軸体に対し回転スリーブ体が潤滑液を介し回転自在に支持されてなる動圧流体軸受装置及びその動圧流体軸受装置を備えた電動機、特に、スラスト軸受部及びラジアル軸受部の一方のみについて潤滑液不足が生じて装置が短寿命化するという不都合の発生が防がれると共に、スラスト軸受部に保持された潤滑液がラジアル軸受部へ過剰に移動してスラスト軸受部を潤滑する潤滑液の量が過少になることが防がれる動圧流体軸受装置及びその動圧流体軸受装置を備えた電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図４は、軸部ａから張り出したスラスト板部ｂを有する上下方向の固定軸体ｃに対しロータとしての回転スリーブ体ｄが潤滑油ｅ（潤滑液）を介し回転自在に支持された動圧流体軸受装置を備えたハードディスク駆動用のスピンドルモータ（電動機）の従来例についての断面図である。
【０００３】
固定軸体ｃは、下端部（基端部）が基盤ｆに固定されており、上端部（先端部）は、ハードディスク駆動装置の蓋体等に固定される。回転スリーブ体ｄのスリーブ部ｄ１は、固定軸体ｃの軸部ａのうちスラスト板部ｂよりも基端側の部分にスリーブ嵌合し、環状のスラスト溝部ｇは、径方向内方に開口し、スラスト板部ｂに外嵌している。
【０００４】
このような従来の動圧流体軸受装置を備えたスピンドルモータにおいて、スラスト板部ｂとスラスト溝部ｇの間隙に形成されるスラスト軸受部ｋの潤滑油ｅと、スリーブ部ｄ１と軸部ａの間隙に形成されるラジアル軸受部ｉの潤滑油ｅとが連続している場合に、回転スリーブ体ｄの回転時に、公差、組立、熱変形等の要因により、ラジアル軸受部ｉの潤滑油ｅが下向き（基端向き）に移動すると、それに連続するスラスト軸受部ｋの潤滑油ｅも共に移動するので、移動量が大きくなればスラスト軸受部ｋの潤滑油ｅが不足することとなり、回転精度が低下したり、軸受装置、すなわちスピンドルモータが短寿命化するという不都合が発生する。
【０００５】
一方、スラスト板部ｂの基端側の面とスラスト溝部ｇの基端側の面との間隙のうち内周部に環状の気体部分ｍを有し、スラスト軸受部ｋの潤滑油ｅとラジアル軸受部ｉの潤滑油ｅとが分離している場合、何れか一方の軸受部に蒸発や衝撃による脱落等により潤滑油ｅが減少すると、その一方のみの軸受部に生じた潤滑油不足により回転精度が低下したり、軸受装置全体、すなわちスピンドルモータ全体が短寿命化するという不都合が発生する。
【０００６】
また、回転スリーブ体ｄの回転時に、公差、組立、熱変形等の要因により、ラジアル軸受部ｉの潤滑油ｅが上向き（先端向き）に移動し過ぎると、ラジアル軸受部ｉの潤滑油ｅが不足することが生じ得る。
【０００７】
更に、回転スリーブ体ｄの回転時には、スラスト溝部ｇとスラスト板部ｂの間隙の外周部付近に気泡が溜まり易く、然もその気泡は外部へ解放され難い。このような気泡は、熱により膨張して潤滑油ｅを外部へ漏出させる原因ともなる。
【０００８】
本発明は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑み行われたものであって、その第１の目的は、スラスト軸受部及びラジアル軸受部の一方のみについて潤滑液不足が生じて装置が短寿命化するという不都合の発生が防がれると共に、スラスト軸受部に保持された潤滑液が回転スリーブ体の回転時にラジアル軸受部へ過剰に移動してスラスト軸受部を潤滑する潤滑液の量が過少になることが防がれる動圧流体軸受装置及び電動機を提供することにある。
【０００９】
また第２の目的は、回転スリーブ体の回転時における先端向きの潤滑液移動圧力によるラジアル軸受部の潤滑液の先端側への移動量が抑えられ、ラジアル軸受部の潤滑液不足が防がれる動圧流体軸受装置及び電動機を提供することにある。
【００１０】
更に第３の目的は、スラスト溝部とスラスト板部の間隙の外周部付近の気泡を外部へ解放することができる動圧流体軸受装置及び電動機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明の動圧流体軸受装置は、
軸部とその軸部から径方向外方へ張り出したスラスト部とを有してなる固定軸体に対し、前記軸部のうちスラスト部よりも基端側の部分にスリーブ嵌合したスリーブ部と、前記スラスト部の基端側の面に軸心方向基端側において相対する回転スラスト面とを有してなる回転スリーブ体が、前記固定軸体と回転スリーブ体との間隙に充填された潤滑液を介し、主に軸部とスリーブ部が相対するラジアル軸受部及び回転スラスト面とスラスト部が相対するスラスト軸受部において、回転自在に支持されてなる動圧流体軸受装置であって、
前記スラスト部の基端側の面と回転スラスト面が相対する部分に有する基端側スラスト軸受部の内周側に、スラスト部の基端側の面と回転スラスト面との軸心方向間隙が前記基端側スラスト軸受部よりも大きい基端側軸心方向間隙拡大部を有し、
その基端側軸心方向間隙拡大部の一部に、潤滑液が表面張力により保持され得る程度に軸心方向間隙が狭く、保持された潤滑液が、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の内周部と、軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液の先端部との間に連続し得る連絡路を有し、
前記基端側軸心方向間隙拡大部の前記連絡路以外の部分のうち少なくとも内周部が気体部分であり、
その気体部分と外部とを連通する呼吸孔を固定軸体内に有し、
ラジアル軸受部に保持されて先端側が基端側軸心方向間隙拡大部に臨む潤滑液が基端向きに移動した場合に連絡路による潤滑液の連続が途切れることを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
固定軸体を構成する軸部とスラスト部は、一体に形成されたものであってもよく、別体の部品を結合してなるものであってもよい。
【００１３】
スラスト軸受部及びラジアル軸受部には、それぞれ動圧発生用の溝部を有することが望ましい。
【００１４】
ラジアル軸受部（先端側ラジアル軸受部と基端側ラジアル軸受部に別れている場合は先端側ラジアル軸受部）は、公差範囲程度でやや先端寄りに潤滑液の動圧が高くなるアンバランスを生じするよう設計することができる。
【００１５】
潤滑液としては、例えばスピンドル油等の各種潤滑油を用いることができる。
【００１６】
基端側軸心方向間隙拡大部の少なくとも内周部は、潤滑液をスラスト部の基端側の面と回転スラスト面の軸心方向間隙が、両者間に潤滑液を表面張力により保持し得ない程度に大きいことが好ましい。
【００１７】
連絡路は、例えば、基端側軸心方向間隙拡大部の一部に、スラスト部の基端側の面及び回転スラスト面の一方の面又は両方の面に、好ましくはスラスト部の基端側の面に、軸心方向に突起して両面の軸心方向間隙を基端側軸心方向間隙拡大部の他の部分よりも狭くする、ほぼ径方向に連続する突起部（例えばほぼ径方向の突条部）を形成することにより設けることができる。この突起部を前記一方の面に設けて他方の面との間を連絡路とすることができるほか、前記両方の面に軸心方向に相対する突起部を設けて両突起部の間を連結路とすることもできる。基端側スラスト軸受部から径方向内方に向かう連絡路は１つでもよく２以上でもよい。
【００１８】
基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の内周部と、軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液の先端部との間が、連絡路に保持された潤滑液により連続する。基端側スラスト軸受部とラジアル軸受部の何れかにおいて蒸発や衝撃による脱落等により潤滑液が減少した場合、潤滑液が減少した軸受部に対し他方の軸受部から、連絡路を介して潤滑液が補給される。そのため、一方の軸受部のみについて潤滑液不足が生じて装置が短寿命化するという不都合の発生が防がれる。
【００１９】
回転スリーブ体の回転時に、公差、組立、熱変形等の要因により、軸部とスリーブ部の間隙に保持されて先端側が基端側軸心方向間隙拡大部に臨む潤滑液に基端向きに移動する圧力が発生し、その潤滑液が基端向きに移動することがあり得る。その場合、基端向き移動圧力が限度を超えると、連絡路における潤滑液に対する遠心力や表面張力等とも作用し合って、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の内周部と、軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液の先端部との間の、連絡路による潤滑液の連続が途切れることとなる。それにより、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液がラジアル軸受部へ過剰に移動して基端側スラスト軸受部を潤滑する潤滑液の量が過少になることが防がれる。また、このように潤滑液が途切れて先端側からラジアル軸受部に気体が導入されれば、それにより基端向きの潤滑液移動圧力が減少してバランスするようになるので、潤滑液の基端側への移動が抑えられる。
【００２０】
前記のような軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液に対する基端向き移動圧力が回転中に又は回転停止により解消されれば、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の内周部と、軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液の先端部との間の、連絡路による潤滑液の連続が回復し得る。
【００２１】
基端側軸心方向間隙拡大部の気体部分の拡大又は縮小に伴い、呼吸孔を通じて気体の移動が生じる。
【００２２】
呼吸孔は、潤滑液がその呼吸孔の内部を閉塞した状態で呼吸孔内に表面張力（毛細管現象）により保持されることが防がれる程度に大きい横断面サイズであるものとすることが好ましい。この場合、呼吸孔の内部を閉塞した状態で潤滑液が表面張力により呼吸孔内に保持されることが防がれるので、呼吸孔を通じた気体の移動が確実性高く行われ、また潤滑液に混入した気泡等の呼吸孔を通ずる外部への解放が確実性高く行われ得る。
【００２３】
なお、この動圧流体軸受装置は、軸部の外周面におけるスリーブ部の先端部に相対する位置の上記連絡路が存在しない周方向部分に、径方向外方開口の周方向の先端側円弧状溝部を有するものとすることができる。
【００２４】
この先端側円弧状溝部とスリーブ部の内周面との間に形成される周方向の円弧状径方向間隙拡大部に、ラジアル軸受部に保持された潤滑液の先端側界面が表面張力により位置し、その周方向部分において、ラジアル軸受部に保持された潤滑液がスラスト部の基端側の面と回転スラスト面との間隙に流入することが防がれる。
【００２５】
回転スリーブ体の回転時に、公差、組立、熱変形等の要因により、軸部とスリーブ部の間隙に保持されて先端側が基端側軸心方向間隙拡大部に臨む潤滑液に基端向きに移動する圧力が発生し、その基端向き移動圧力が限度を超えることにより連絡路による潤滑液の連続が途切れた場合に、前記の周方向の円弧状径方向間隙拡大部を通じて先端側からラジアル軸受部に気体が導入され易いので、潤滑液の基端側への移動がより確実に抑えられる。
【００２６】
また、この動圧流体軸受装置は、スラスト部（例えば環状のスラスト板部）に外嵌する径方向内方開口の環状のスラスト溝部を回転スリーブ体が有し、スラスト溝部の基端側の面及び先端側の面をそれぞれ回転スラスト面とし、スラスト部の先端側の面と先端側の回転スラスト面が相対する部分と、スラスト部の基端側の面と基端側の回転スラスト面が相対する部分の両方にスラスト軸受部を有するものとすることができる。その場合、先端側スラスト軸受部と基端側スラスト軸受部の潤滑液は、スラスト部の外周とスラスト溝部の外周の間の潤滑液を介して連続するものとすることができる。また、先端側スラスト軸受部の径方向内方に、潤滑液の先端界面を有し、この先端界面が径方向内方を向き、ラジアル軸受部の基端側に、潤滑液の基端界面を有し、この基端界面が基端側に向くものとすることができ、このときは、固定軸体の両端部を固定し得るものとすることができる。
【００２７】
本発明の動圧流体軸受装置は、電動機の他、種々の機械器具に利用することができる。
（1-1）(1)の動圧流体軸受装置は、
連絡路を除く基端側軸心方向間隙拡大部が、径方向内方に向かって軸心方向間隙が漸次拡大するものであり、この基端側軸心方向間隙拡大部に、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の径方向内方の界面が位置するものとすることができる（請求項２）。
【００２８】
この場合、基端側軸心方向間隙拡大部に位置する潤滑液が表面張力により径方向外方すなわち基端側スラスト軸受部側へ確実性高く引き寄せられ、基端側軸心方向間隙拡大部において潤滑液が基端側スラスト軸受部と内周側とに分離することが防がれる。
（２） （１） 又は（１−１） の動圧流体軸受装置は、
上記連絡路が、スラスト部の基端側の面に設けられて基端向きに突起する、ほぼ径方向に連続する突起部と、回転スラスト面の間に形成され、
その突起部の径方向内端部に、周方向両方及び軸心方向基端向きに開口し、潤滑液を表面張力により保持し得るスリット部を有するものとすることが好ましい（請求項３）。
【００２９】
スリット部は、例えば径方向間隙が基端開口に向かって漸次拡大する楔形状とすることができる。
【００３０】
回転スリーブ体の回転時に、公差、組立、熱変形等の要因により、軸部とスリーブ部の間隙に保持されて先端側が基端側軸心方向間隙拡大部に臨む潤滑液に基端向きに移動する圧力が発生し、その潤滑液が基端向きに移動する場合に、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の内周部と、軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液の先端部との間の、連絡路による潤滑液の連続の途切れが、スリット部において開始し易い。そのため、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液がラジアル軸受部へ過剰に移動して基端側スラスト軸受部を潤滑する潤滑液の量が過少になることがより確実に防がれる。
（３） （１） 、（１−１） 又は（２） の動圧流体軸受装置は、
ラジアル軸受部として、先端側がスラスト部の基端側の面と回転スラスト面との間隙に近接した先端側ラジアル軸受部と、その先端側ラジアル軸受部よりも基端側に位置する基端側ラジアル軸受部を有し、
前記先端側ラジアル軸受部と基端側ラジアル軸受部の間に、軸部の外周面とスリーブ部の内周面との径方向間隙が両ラジアル軸受部よりも大きい中間径方向間隙拡大部を有し、
その中間径方向間隙拡大部は、前記先端側ラジアル軸受部から基端側に向かって漸次径方向間隙が拡大する第１間隙拡大部と、前記基端側ラジアル軸受部から先端側に向かって漸次径方向間隙が拡大する第２間隙拡大部を有し、
先端側ラジアル軸受部に保持された潤滑液の基端側の界面を前記第１間隙拡大部に有すると共に、基端側ラジアル軸受部に保持された潤滑液の先端側の界面を前記第２間隙拡大部に有し、
中間径方向間隙拡大部における第１間隙拡大部と第２間隙拡大部の中間部付近と外部とを、少なくとも回転スリーブ体の回転時に連通する通気孔を前記固定軸体内に備えるものとすることができる。
【００３１】
中間径方向間隙拡大部における第１間隙拡大部と第２間隙拡大部は、必ずしも隣接していることを要しない。例えば第１間隙拡大部と第２間隙拡大部の間に径方向間隙が一定である部分を有していてもよい。
【００３２】
中間径方向間隙拡大部における第１間隙拡大部及び第２間隙拡大部は、それぞれ軸部の外周面が基端側及び先端側に向かって漸次縮径することにより漸次径方向間隙が拡大するものとすることが好ましい。
【００３３】
第１間隙拡大部及び第２間隙拡大部には潤滑液が貯留される。先端側ラジアル軸受部若しくはスラスト軸受部において、又は基端側ラジアル軸受部において、蒸発や衝撃による脱落等により潤滑液が減少した場合に、第１間隙拡大部に貯留された潤滑液は先端側ラジアル軸受部に、第２間隙拡大部に貯留された潤滑液は基端側ラジアル軸受部に、それぞれ補給される。潤滑液の補給に伴い、通気孔を通じて中間径方向間隙拡大部に気体が導入される。
【００３４】
また、潤滑液に混入した余分な気泡や、温度上昇や気圧低下等による気泡の膨張分等は、通気孔を通じ外部に解放され得る。
【００３５】
この通気孔は、潤滑液がその通気孔の内部を閉塞した状態で通気孔内に表面張力（毛細管現象）により保持されることが防がれる横断面サイズであるものとすることが好ましい。この場合、通気孔の内部を閉塞した状態で潤滑液が表面張力により通気孔内に保持されることが防がれるので、気体の導入は確実性高く行われ、潤滑液に混入した気泡等は、通気孔を通じて確実性高く外部に解放され得る。
【００３６】
通気孔の数又は中間径方向間隙拡大部若しくは外部への開口の数はそれぞれ１又は２ 以上とすることができる。
（３−１） （３） の動圧流体軸受装置は、
基端側ラジアル軸受部の基端側に、軸部とスリーブ部の間の径方向間隙が基端側に向かって漸次拡大する基端径方向間隙拡大部を有し、
この基端径方向間隙拡大部に、基端側ラジアル軸受部に保持された潤滑液の非回転時の基端界面が位置するものとすることができ、
更に、この基端界面を回転スリーブ体の回転に伴い先端側へ引き込む界面引込機構を備え、
上記通気孔の外部開口が、基端側ラジアル軸受部と基端径方向間隙拡大部の境界部付近に位置して、非回転時には潤滑液中に開口し、回転スリーブ体の回転時には外気に通じるものとすることが好ましい。
【００３７】
回転スリーブ体が回転すると、固定軸体と回転スリーブ体との間隙に充填された潤滑液に遠心力が作用する。そのため、非回転時においては基端径方向間隙拡大部に基端界面が位置するように表面張力により保持されていた潤滑液が、前記遠心力の作用によって更に基端側へ滲出若しくは漏出することにより、或いは衝撃により脱落することにより散逸し易い状態となる。ところが、界面引込機構によって、回転スリーブ体の回転に伴い、潤滑液の基端界面が非回転時の位置から先端側へ引き込まれるので、遠心力の作用による潤滑液の滲出又は漏出による散逸、或いは衝撃により脱落することによる散逸が生じ難くなる。
【００３８】
上記界面引込機構は、基端側ラジアル軸受部に動圧発生溝部を設け、回転スリーブ体の回転に伴いその動圧発生溝部によって潤滑液に発生する動圧が、その基端側ラジアル軸受部における先端側寄りに偏って高くなるものとすることができる。そのためには、その動圧発生溝部を例えば基端側ラジアル軸受部における軸心方向先端寄りに偏心させた構造を採用し得る。なお、動圧発生溝部の動圧発生溝としては、例えばヘリングボーン溝等を用いることができる。また、動圧発生溝部は、軸部及びスリーブ部の何れか又は両方に設けることができる。
【００３９】
一方の開口が中間径方向間隙拡大部における第１間隙拡大部と第２間隙拡大部の中間部付近に位置する通気孔の外部開口は、基端側ラジアル軸受部と基端径方向間隙拡大部の境界部付近に位置し、回転スリーブ体の回転時には、界面引込機構により基端界面が基端側ラジアル軸受部の側に引き込まれ、前記外部開口は外気に開口する。
【００４０】
先端側ラジアル軸受部又は基端側ラジアル軸受部に保持された潤滑液が、通気孔内面を経て通気孔の外部開口へ滲み出ようとすることがあった場合、回転スリーブ体の回転時には界面引込機構により基端側ラジアル軸受部の側に引き込まれ、非回転時には、通気孔の外部開口が潤滑液中に開口するので、何れにせよ潤滑液が更に外部へ滲出することが防がれる。
（３−２） （３） 又は（３−１） の動圧流体軸受装置は、
軸部の外周面における先端側ラジアル軸受部の基端側と第１間隙拡大部との境界部付近に、径方向外方開口の周方向の基端側円弧状溝部を有し、
その基端側円弧状溝部と外部とを、少なくとも回転スリーブ体の回転時に連通する通気孔を、前記固定軸体内に備えるものとすることが好ましい（請求項４）。
【００４１】
この通気孔は（３） の通気孔と共用部分を有するものであってよい。通気孔の好ましい横断面サイズは（３） に記された通りである。
【００４２】
軸部の外周面における先端側ラジアル軸受部の基端側と第１間隙拡大部との境界部付近に有する周方向の基端側円弧状溝部と外部とが、少なくとも回転スリーブ体の回転時に通気孔により連通する。そのため、回転スリーブ体の回転時に、先端側ラジアル軸受部において、公差、組立、熱変形等の要因により、先端向きに潤滑液が移動する圧力が発生し、その潤滑液が先端向きに移動する場合に、通気孔及び基端側円弧状溝部を通じて先端側ラジアル軸受部内に基端側から気体が導入される。この気体は、潤滑液の移動量が比較的に小さい段階で先端側ラジアル軸受部内部に導入され、それにより先端向きの潤滑液移動圧力が減少してバランスするようになるので、潤滑液の先端側への移動量が比較的に小さく抑えられる。
（４） （１） 、（１−１） 、（２） 、（３） 又は（３−１） の動圧流体軸受装置は、
スラスト部に外嵌する径方向内方開口の環状のスラスト溝部を回転スリーブ体が有し、そのスラスト溝部の基端側の面及び先端側の面をそれぞれ回転スラスト面とし、スラスト部の先端側の面と先端側の回転スラスト面が相対する部分と、スラスト部の基端側の面と基端側の回転スラスト面が相対する部分の両方にスラスト軸受部を有し、
先端側スラスト軸受部と基端側スラスト軸受部の潤滑液は、スラスト部の外周端面とスラスト溝部の外周部の間の部分を介して連続し、
先端側及び基端側の各スラスト軸受部に、各スラスト軸受部における潤滑液が回転スリーブ体の回転に伴い内周側から外周側へ移動する圧力分布を生じさせる動圧発生機構を有し、
先端側スラスト軸受部の径方向内方に潤滑液の先端界面を有し、
スラスト部の外周端面、並びにスラスト部の先端側の面及び基端側の面のうち先端側及び基端側のスラスト軸受部の内周側の部分において、それぞれスラスト溝部とスラスト部の間隙に充填された潤滑液内に開口する潤滑液循環路をスラスト部内に有するものとすることができる（請求項５）。
【００４３】
上記動圧発生機構は、先端側及び基端側のスラスト軸受部にそれぞれ動圧発生溝部を設け、回転スリーブ体の回転に伴いその動圧発生溝部によって潤滑液に発生する動圧が、その先端側及び基端側のスラスト軸受部における外周側に偏って高くなるものとすることができる。そのためには、例えば動圧発生溝部の動圧発生溝としてヘリングボーン溝を用いた場合、その動圧発生溝部の中心をスラスト軸受部における外周側に偏心させた構造を採用し得る。また動圧発生溝部は、スラスト部及びスラスト溝部の何れか又は両方に設けることができる。
【００４４】
回転スリーブ体が回転すると、各スラスト軸受部における潤滑液は、内周側から外周側へ移動し、次いで、スラスト部の外周端面からスラスト部内の潤滑液循環路を経て、スラスト部の先端側の面及び基端側の面のうち先端側及び基端側のスラスト軸受部の内周側の部分に流れて循環する。このように潤滑液が循環することにより、スラスト溝部とスラスト部の間隙に充填された潤滑液内の気泡、特にスラスト軸受部の外周側の気泡が、先端側スラスト軸受部の径方向内方に位置する潤滑液の界面から外気に解放される。
【００４５】
潤滑液循環路は、１又は２以上とすることができる。
【００４６】
スラスト部の外周端面には、径方向外方開口の周方向の導入溝部を有し、潤滑液循環路の開口部がその導入溝部内に位置するものとすることが好ましい。潤滑液が気泡を伴って潤滑液循環路の開口部に導入されやすくするためである。導入溝部は、全周にわたるものとすることができるが、周方向に部分的に有するものであってもよい。
（５） 本発明の電動機は、
上記（１） 、（２） 、（３） 、（３−１） 又は（４） の動圧流体軸受装置を備え、回転スリーブ体がロータとして回転するものである（請求項６）。
【００４７】
この電動機は、電動機は、ハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ等の光ディスクを始めとする記録媒体、特に円盤状記録媒体を駆動するためのスピンドルモータの他、種々の電動機として用いることができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
【００４９】
図１は、本発明の実施の形態の一例としての、動圧流体軸受装置を備えたハードディスク駆動用のスピンドルモータ（電動機）の断面図、図２は、そのスピンドルモータの動圧流体軸受装置における回転スラスト板の下方斜視図、図３は、図１における回転スラスト板の右側部付近の拡大図である。但し、図１における回転スラスト板及びその周辺部は、図２におけるＩ−Ｏ−Ｉ線に対応する。
【００５０】
スピンドルモータの基盤１０の嵌合孔に固定軸体１２の下端部（基端部）が嵌合固定されることにより、固定軸体１２が立設固定されている。基盤１０の上側における固定軸体１２の外周側には、ステータコイル１４が巻回されたステータコア１６を保持する保持体１３が固定されている。
【００５１】
固定軸体１２は、上下方向の固定軸部材１２ａ（軸部）と、その固定軸部材１２ａの上部に同軸状に外嵌固定された環状板状の固定スラスト板１２ｂ（スラスト板部）とを有してなる。固定軸体１２には、ロータハブ１８ａと回転スラスト板１８ｂからなる回転スリーブ体１８が外嵌されている。
【００５２】
ロータハブ１８ａの円筒面状の外周部にハードディスクが外嵌保持される。ロータハブ１８ａのほぼ下半部は、内周側のスリーブ部１８ａ１と外周側のロータマグネット保持部１８ａ２の二重管状をなす。スリーブ部１８ａ１は、固定軸部材１２ａのうち固定スラスト板１２ｂと基盤１０との間の部分にスリーブ嵌合している。スリーブ部１８ａ１の上方の内径は、上方（先端側）に向かって、中内径部１８ａ３及び大内径部１８ａ４へと順次拡径されている。この大内径部１８ａ４の下端部に回転スラスト板１８ｂが内嵌固定されることにより、中内径部１８ａ３の内周側に径方向内方開口の環状のスラスト溝部２０が形成され、このスラスト溝部２０が固定スラスト板１２ｂに外嵌している。大内径部１８ａ４における回転スラスト板１８ｂの上側には、環状板状のシール部材２２が内嵌固定されている。
【００５３】
固定軸体１２は、下端部を基盤１０に、固定軸部材１２ａの上端部をハードディスク駆動装置の蓋体（図示せず）等に固定することができるので、回転スリーブ体１８の安定的な回転を実現することができる。
【００５４】
ロータハブ１８ａのロータマグネット保持部１８ａ２には、強磁性材料製の円筒状ロータヨーク２４が内嵌固定され、その円筒状ロータヨーク２４に円筒状のロータマグネット２６が内嵌固定され、ステータコア１６と径方向空隙を隔てて相対している。ロータは、回転スリーブ体１８と円筒状ロータヨーク２４とロータマグネット２６からなる。
【００５５】
固定軸部材１２ａの外周部のうちスリーブ部１８ａ１の下端部に相対する部分は、下方に向かってテーパ状に縮径し、これにより、スリーブ部１８ａ１の内周面との間の間隙が下方に向かって漸次拡大する下端（基端）径方向間隙拡大部２８が形成されている。スリーブ部１８ａ１の内周面の下端部には撥油剤の塗布等の撥油処理が施されている。
【００５６】
スラスト溝部２０の上側面の下側内周側部は、内方に向かって上向きに傾斜し、固定スラスト板１２ｂの上面との間に、漸次間隙が拡大する上側（先端側）軸心方向間隙拡大部２９が形成されている。上側軸心方向間隙拡大部２９の内周側には、固定軸部材１２ａの外周面及びそれに相対する回転スラスト板１８ｂの内周面の環状凹部によって更に軸心方向及び径方向に間隙が拡大された環状空間部３１が形成されている。その環状空間部３１の上方において回転スラスト板１８ｂの内周面及びそれと径方向の比較的狭い空隙を隔てて相対する固定軸部材１２ａの外周面には、撥油剤の塗布等の撥油処理が施されている。
【００５７】
また、シール部材２２と回転スラスト板１８ｂの間に径方向内方開口の環状の潤滑油捕捉溝３０が形成され、シール部材２２の内周面及びそれと径方向の比較的狭い空隙（例えば５０μｍ）を隔てて相対する固定軸部材１２ａの外周面には、撥油剤の塗布等の撥油処理が施されている。
【００５８】
固定スラスト板１２ｂの下側内周側部１２ｂ１は、後述する連絡突条部３４を除き、内方に向かって上向きに傾斜し、スラスト溝部２０の下側面との間に、漸次間隙が拡大する下側（基端側）軸心方向間隙拡大部３２が形成されている。
【００５９】
固定スラスト板１２ｂの下側内周側部１２ｂ１における１８０度中心角を隔てた２箇所に、それぞれ径方向の連絡突条部３４を有する。連絡突条部３４の下面は、固定スラスト板１２ｂの下側外周側部１２ｂ２と平行であり、周方向の両側面は上方に向かってやや拡開する。連絡突条部３４の内端面は、下側内周側部１２ｂ１の内周縁から下方に向かって径方向外方に傾斜することにより、固定軸部材１２ａの外周面との間に、径方向間隙が下方に向かって漸次拡大して楔形状をなすスリット部３６を有する。連絡突条部３４とスラスト溝部２０の下側面との間に、径方向の連絡路３７が形成されている。
【００６０】
固定スラスト板１２ｂの上面及び下面に、それぞれ動圧発生用のへリングボーン溝部３８（へリングボーン溝以外の動圧発生用溝を用いることもできる。）が設けられ、それぞれスラスト溝部２０の上側面（回転スラスト板１８ｂの下面）及びスラスト溝部２０の下側面との間に上（先端側）スラスト軸受部４０及び下（基端側）スラスト軸受部４２が構成されている。
【００６１】
固定軸体１２と回転スリーブ体１８との間隙の必要箇所に潤滑油４４が充填されている。スラスト溝部２０と固定スラスト板１２ｂの間隙に充填された潤滑油４４の上側界面及び下側界面は、それぞれ上側軸心方向間隙拡大部２９及び下側軸心方向間隙拡大部３２において径方向内方を向く。下側軸心方向間隙拡大部３２は、内方に向かって漸次間隙が拡大するので、下側軸心方向間隙拡大部３２に位置する潤滑油４４が表面張力により径方向外方すなわち下スラスト軸受部４２側へ確実性高く引き寄せられ、下側軸心方向間隙拡大部３２において潤滑油４４が下スラスト軸受部４２と内周側とに分離することが防がれる。
【００６２】
下側軸心方向間隙拡大部３２の内周部のうち連絡路３７以外の部分は気体部分４６である。連絡路３７、すなわち連絡突条部３４とスラスト溝部２０の下側面との間には、潤滑油４４が表面張力により保持され、これによって、固定軸部材１２ａとスリーブ部１８ａ１との間隙に保持された潤滑油４４の上端部と、下スラスト軸受部４２に保持された潤滑油４４の内周部が連続する。
【００６３】
へリングボーン溝部３８は、その動圧の中心が上スラスト軸受部４０及び下スラスト軸受部４２における外周側に偏心するように設けられ、上下スラスト軸受部４０・４２における潤滑油４４が回転スリーブ体１８の回転に伴い内周側から外周側へ移動する圧力分布を生じる。
【００６４】
固定スラスト板１２ｂの内周面における連絡突条部３４と９０度中心角を隔てた２箇所に、固定軸部材１２ａの外周面との間に呼吸孔４８を形成する軸心方向溝４８ａを有する。呼吸孔４８は、気体部分４６と外部とを、環状空間部３１並びに固定軸部材１２ａの外周面と回転スラスト板１８ｂの内周面及びシール部材２２の内周面との間隙を介して連通する。
【００６５】
固定スラスト板１２ｂの外周端面、並びに固定スラスト板１２ｂの上側の面及び下側の面のうち上下スラスト軸受部４０・４２の内周側の部分において、それぞれスラスト溝部２０と固定スラスト板１２ｂの間隙に充填された潤滑油４４内に開口する潤滑油循環路５０を固定スラスト板１２ｂ内に有する。固定スラスト板１２ｂの外周端面には、全周にわたる径方向外方開口の断面弓形状の導入溝部５２を有し、潤滑油循環路５０の開口部がその導入溝部５２内に位置する。
【００６６】
回転スリーブ体１８が回転すると、上下スラスト軸受部４０・４２における潤滑油４４は、内周側から外周側へ移動し、次いで、固定スラスト板１２ｂの外周端面から固定スラスト板１２ｂ内の潤滑油循環路５０を経て、固定スラスト板１２ｂの上側の面及び下側の面のうち上下スラスト軸受部４０・４２の内周側の部分に流れて循環する。このように潤滑油４４が循環することにより、スラスト溝部２０と固定スラスト板１２ｂの間隙に充填された潤滑油４４内の気泡、特に上下スラスト軸受部４０・４２の外周側の気泡が、上スラスト軸受部４０の径方向内方に位置する潤滑油４４の界面から外気に解放される。
【００６７】
スリーブ部１８ａ１の内周面の上部及び下部には、それぞれ動圧発生用のへリングボーン溝部５４・５５（へリングボーン溝以外の動圧発生用溝を用いることもできる。）が設けられ、固定軸部材１２ａの外周面との間でそれぞれ上ラジアル軸受部５６及び下ラジアル軸受部５８が構成されている。そのうち下ラジアル軸受部５８の動圧発生用のへリングボーン溝部５５は、下端径方向間隙拡大部２８の上部に達しており、回転スリーブ体１８の回転に伴いそのへリングボーン溝部５５により潤滑油４４に発生する動圧の軸心方向における中心が、その下ラジアル軸受部５８の軸心方向における中心よりも上寄りになるよう設けられている。スリーブ部１８ａ１の内周面と固定軸部材１２ａの外周面との間隙は、上下ラジアル軸受部５６・５８において通常数μｍである。
【００６８】
固定軸部材１２ａにおけるスリーブ部１８ａ１に相対する部分の上端部のうち、呼吸孔４８を中心とした周方向の４分の１円周部分（連絡路３７が存在しない周方向部分）に、断面略Ｖ字形状に径方向外方に開口する周方向の上側円弧状溝部５９を有する。上側円弧状溝部５９は、環状凹部６０の深さよりも浅く形成されている。
【００６９】
固定軸部材１２ａは、その外周面における上下ラジアル軸受部５６・５８の間に、径方向外方開口の断面弓形状の環状凹部６０を有する。その環状凹部６０と固定軸部材１２ａの外周面との間に、中間径方向間隙拡大部６２が形成される。中間径方向間隙拡大部６２は、上ラジアル軸受部５６から下方に向かって漸次径方向間隙が拡大する上間隙拡大部（第１間隙拡大部）がその上半部を構成し、下ラジアル軸受部５８から上方に向かって漸次径方向間隙が拡大する下間隙拡大部（第２間隙拡大部）が下半部を構成する。
【００７０】
この上間隙拡大部に、上ラジアル軸受部５６に保持された潤滑油４４の下端側の界面を有し、下間隙拡大部に、下ラジアル軸受部５８に保持された潤滑油４４の上端側の界面を有する。
【００７１】
上側円弧状溝部５９とスリーブ部１８ａ１の内周面との間に形成される周方向の円弧状径方向間隙拡大部に、上ラジアル軸受部５６に保持された潤滑油４４のうち上側円弧状溝部５９に対応する周方向部分の上端側界面が、表面張力により位置し、その周方向部分において、上ラジアル軸受部５６に保持された潤滑油４４が下側軸心方向間隙拡大部３２に流入することが防がれる。
【００７２】
また、下ラジアル軸受部５８に保持された潤滑油４４の下端側界面は、下端径方向間隙拡大部２８に位置する。
【００７３】
固定軸部材１２ａの外周面における上ラジアル軸受部５６の下端側と中間径方向間隙拡大部６２の上間隙拡大部との境界部付近に、断面略Ｖ字形状に径方向外方に開口する４分の１円周にわたる周方向の下側円弧状溝部６３を有する。下側円弧状溝部６３は、環状凹部６０の深さよりも浅く形成されている。
【００７４】
固定軸部材１２ａ内に、外部開口６４ａが下ラジアル軸受部５８と下端径方向間隙拡大部２８の境界部付近に位置する通気孔６４を有する。通気孔６４の第１内部開口６４ｂは、中間径方向間隙拡大部６２における上間隙拡大部と下間隙拡大部の中間部付近に開口する。通気孔６４の第２内部開口６４ｃは、下側円弧状溝部６３に開口する。
【００７５】
回転スリーブ体１８の回転時には、下ラジアル軸受部５８に保持された潤滑油４４の下端側界面は、下ラジアル軸受部５８のへリングボーン溝部５５により、下端径方向間隙拡大部２８の上部又は更に上方に引き込まれ、通気孔６４の外部開口６４ａは外気に開口する。
【００７６】
中間径方向間隙拡大部６２における上間隙拡大部及び下間隙拡大部には潤滑油４４が貯留される。上ラジアル軸受部５６又は下ラジアル軸受部５８において、蒸発や衝撃による脱落等により潤滑油４４が減少した場合に、中間径方向間隙拡大部６２の上間隙拡大部に貯留された潤滑油４４は先端側ラジアル軸受部に、中間径方向間隙拡大部６２の下間隙拡大部に貯留された潤滑油４４は基端側ラジアル軸受部に、それぞれ補給される。潤滑油４４の補給に伴い、通気孔６４を通じて中間径方向間隙拡大部６２に外気が導入される。
【００７７】
下スラスト軸受部４２に保持された潤滑油４４の内周部と、固定軸部材１２ａとスリーブ部１８ａ１の間隙に保持された潤滑油４４の先端部との間が、連絡路３７に保持された潤滑油４４により連続する。下スラスト軸受部４２と上ラジアル軸受部５６の何れかにおいて蒸発や衝撃による脱落等により潤滑油４４が減少した場合、潤滑油４４が減少した軸受部に対し他方の軸受部から、連絡路３７を介して潤滑油４４が補給される。そのため、一方の軸受部のみについて潤滑油不足が生じて装置が短寿命化するという不都合の発生が防がれる。
【００７８】
上ラジアル軸受部５６は、公差範囲程度でやや上方寄りに潤滑油４４の動圧が高くなるアンバランスを生じするよう設計されている。
【００７９】
回転スリーブ体１８の回転時に、公差、組立、熱変形等の要因により、上ラジアル軸受部５６に保持されて上端側が下側軸心方向間隙拡大部３２に臨む潤滑油４４に下向きに移動する圧力が発生し、その潤滑油４４が下向きに移動することがあり得る。その場合、下向き移動圧力が限度を超えると、連絡路３７における潤滑油４４に対する遠心力や表面張力等とも作用し合って、下スラスト軸受部４２に保持された潤滑油４４の内周部と、固定軸部材１２ａとスリーブ部１８ａ１の間隙に保持された潤滑油４４の先端部との間の、連絡路３７による潤滑油４４の連続が途切れることとなる。スリット部３６は、このような潤滑油４４の連続の途切れを開始し易くするものである。
【００８０】
連絡路３７による潤滑油４４の連続が途切れることにより、下スラスト軸受部４２に保持された潤滑油４４が上ラジアル軸受部５６へ過剰に移動して下スラスト軸受部４２を潤滑する潤滑油４４の量が過少になることが確実性高く防がれる。また、このように潤滑油４４が途切れて上端側から上ラジアル軸受部５６に空気等の気体が導入されれば、それにより下向きの潤滑油移動圧力が減少してバランスするようになるので、潤滑油４４の下側への移動が抑えられる。この際、上側円弧状溝部５９を通じて上端側から上ラジアル軸受部５６に気体が導入され易いので、潤滑油４４の下方への移動がより確実に抑えられる。
【００８１】
前記のような固定軸部材１２ａとスリーブ部１８ａ１の間隙に保持された潤滑油４４に対する下向き移動圧力が回転中に又は回転停止により解消されれば、下スラスト軸受部４２に保持された潤滑油４４の内周部と、固定軸部材１２ａとスリーブ部１８ａ１の間隙に保持された潤滑油４４の先端部との間の、連絡路３７による潤滑油４４の連続が回復し得る。
【００８２】
なお、下側軸心方向間隙拡大部３２の気体部分の拡大又は縮小に伴い、呼吸孔４８を通じて空気等の気体の移動が生じる。
【００８３】
また、回転スリーブ体１８の回転時に、上ラジアル軸受部５６において、公差、組立、熱変形等の要因により、上向きに潤滑油４４が移動する圧力が発生し、その潤滑油４４が上向きに移動する場合に、通気孔６４及び下側円弧状溝部６３を通じて上ラジアル軸受部５６内に下端側から気体が導入される。この気体は、潤滑油４４の上方移動量が比較的に小さい段階で上ラジアル軸受部５６内部に導入され、それにより上向きの潤滑油移動圧力が減少してバランスするようになるので、潤滑油４４の上方への移動量が比較的に小さく抑えられる。
【００８４】
更に、回転スリーブ体１８が回転すると、固定軸体１２と回転スリーブ体１８の間隙に充填された潤滑油４４に遠心力が作用する。そのため、非回転時においては下端径方向間隙拡大部２８に下端界面が位置するように表面張力により保持されていた潤滑油４４が、遠心力の作用によって更に下方へ滲出若しくは漏出することにより、或いは衝撃により脱落することにより散逸し易い状態となるが、下ラジアル軸受部５８に保持された潤滑油４４の下端側界面は、下ラジアル軸受部５８のへリングボーン溝部５５により、下端径方向間隙拡大部２８の上部又は更に上方に引き込まれるので、遠心力の作用による潤滑油４４の滲出又は漏出による散逸、或いは衝撃により脱落することによる散逸が生じ難くなる。
【００８５】
なお、以上の実施の形態についての記述における上下位置関係は、単に図に基づいた説明の便宜のためのものであって、実際の使用状態等を限定するものではない。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の動圧流体軸受装置及び電動機によれば、基端側スラスト軸受部及びラジアル軸受部の一方のみについて潤滑液不足が生じて装置が短寿命化するという不都合の発生が防がれると共に、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液がラジアル軸受部へ過剰に移動して基端側スラスト軸受部を潤滑する潤滑液の量が過少になることが防がれる。
【００８７】
請求項４の動圧流体軸受装置及びそれを備えた電動機によれば、先端側ラジアル軸受部の潤滑液の先端側への移動量が比較的に小さく抑えられる。
【００８８】
請求項５の動圧流体軸受装置及びそれを備えた電動機によれば、スラスト溝部とスラスト部の間隙に充填された潤滑液内の気泡が外気に解放される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハードディスク駆動用のスピンドルモータについての断面図である。
【図２】回転スラスト板の下方斜視図である。
【図３】図１における回転スラスト板の右側部付近の拡大図である。
【図４】ハードディスク駆動用のスピンドルモータの従来例についての断面図である。
【符号の説明】
１２ａ 固定軸部材
１２ｂ 固定スラスト板
１２ｂ１ 下側内周側部
１８ａ１ スリーブ部
２０ スラスト溝部
３４ 連絡突条部
３６ スリット部
３７ 連絡路
４２ 下スラスト軸受部
４４ 潤滑油

Claims (6)

1. 軸部とその軸部から径方向外方へ張り出したスラスト部とを有してなる固定軸体に対し、前記軸部のうちスラスト部よりも基端側の部分にスリーブ嵌合したスリーブ部と、前記スラスト部の基端側の面に軸心方向基端側において相対する回転スラスト面とを有してなる回転スリーブ体が、前記固定軸体と回転スリーブ体との間隙に充填された潤滑液を介し、主に軸部とスリーブ部が相対するラジアル軸受部及び回転スラスト面とスラスト部が相対するスラスト軸受部において、回転自在に支持されてなる動圧流体軸受装置であって、
   前記スラスト部の基端側の面と回転スラスト面が相対する部分に有する基端側スラスト軸受部の内周側に、スラスト部の基端側の面と回転スラスト面との軸心方向間隙が前記基端側スラスト軸受部よりも大きい基端側軸心方向間隙拡大部を有し、
   その基端側軸心方向間隙拡大部の一部に、潤滑液が表面張力により保持され得る程度に軸心方向間隙が狭く、保持された潤滑液が、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の内周部と、軸部とスリーブ部の間隙に保持された潤滑液の先端部との間に連続し得る連絡路を有し、
   前記基端側軸心方向間隙拡大部の前記連絡路以外の部分のうち少なくとも内周部が気体部分であり、
   その気体部分と外部とを連通する呼吸孔を固定軸体内に有し、
   ラジアル軸受部に保持されて先端側が基端側軸心方向間隙拡大部に臨む潤滑液が基端向きに移動した場合に連絡路による潤滑液の連続が途切れることを特徴とする動圧流体軸受装置。
2. 連絡路を除く基端側軸心方向間隙拡大部が、径方向内方に向かって軸心方向間隙が漸次拡大するものであり、この基端側軸心方向間隙拡大部に、基端側スラスト軸受部に保持された潤滑液の径方向内方の界面が位置する請求項１記載の動圧流体軸受装置。
3. 上記連絡路が、スラスト部の基端側の面に設けられて基端向きに突起する、ほぼ径方向に連続する突起部と、回転スラスト面の間に形成され、
   その突起部の径方向内端部に、周方向両方及び軸心方向基端向きに開口し、潤滑液を表面張力により保持し得るスリット部を有する請求項１又は２記載の動圧流体軸受装置。
4. ラジアル軸受部として、先端側がスラスト部の基端側の面と回転スラスト面との間隙に近接した先端側ラジアル軸受部と、その先端側ラジアル軸受部よりも基端側に位置する基端側ラジアル軸受部を有し、
   前記先端側ラジアル軸受部と基端側ラジアル軸受部の間に、軸部の外周面とスリーブ部の内周面との径方向間隙が両ラジアル軸受部よりも大きい中間径方向間隙拡大部を有し、
   その中間径方向間隙拡大部は、前記先端側ラジアル軸受部から基端側に向かって漸次径方向間隙が拡大する第１間隙拡大部と、前記基端側ラジアル軸受部から先端側に向かって漸次径方向間隙が拡大する第２間隙拡大部を有し、
   先端側ラジアル軸受部に保持された潤滑液の基端側の界面を前記第１間隙拡大部に有すると共に、基端側ラジアル軸受部に保持された潤滑液の先端側の界面を前記第２間隙拡大部に有し、
   中間径方向間隙拡大部における第１間隙拡大部と第２間隙拡大部の中間部付近と外部とを、少なくとも回転スリーブ体の回転時に連通する通気孔を前記固定軸体内に備え、
   軸部の外周面における先端側ラジアル軸受部の基端側と第１間隙拡大部との境界部付近に、径方向外方開口の周方向の基端側円弧状溝部を有し、
   その基端側円弧状溝部と外部とを、少なくとも回転スリーブ体の回転時に連通する通気孔を、前記固定軸体内に備える請求項１、２又は３記載の動圧流体軸受装置。
5. スラスト部に外嵌する径方向内方開口の環状のスラスト溝部を回転スリーブ体が有し、そのスラスト溝部の基端側の面及び先端側の面をそれぞれ回転スラスト面とし、スラスト部の先端側の面と先端側の回転スラスト面が相対する部分と、スラスト部の基端側の面と基端側の回転スラスト面が相対する部分の両方にスラスト軸受部を有し、
   先端側スラスト軸受部と基端側スラスト軸受部の潤滑液は、スラスト部の外周端面とスラスト溝部の外周部の間の部分を介して連続し、
   先端側及び基端側の各スラスト軸受部に、各スラスト軸受部における潤滑液が回転スリーブ体の回転に伴い内周側から外周側へ移動する圧力分布を生じさせる動圧発生機構を有し、
   先端側スラスト軸受部の径方向内方に潤滑液の先端界面を有し、
   スラスト部の外周端面、並びにスラスト部の先端側の面及び基端側の面のうち先端側及び基端側のスラスト軸受部の内周側の部分において、それぞれスラスト溝部とスラスト部の間隙に充填された潤滑液内に開口する潤滑液循環路をスラスト部内に有する請求項１、２、３又は４記載の動圧流体軸受装置。
6. 請求項１、２、３、４又は５記載の動圧流体軸受装置を備え、回転スリーブ体がロータとして回転する電動機。

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