(57)【要約】【課題】流体軸受装置のオイル中の空気（気泡）をオイルから分離し、空気のみを外部へ排気するとともに、オイルの不足が生じたときでも軸受内でオイル切れが生じないようにすること。【解決手段】流体軸受装置内のオイルを循環させ、気泡を含んだオイルをスリーブと上部カバーとの間に形成した傾斜部を有するオイル溜まりへ導入する。オイル溜まりに入ったオイルはスリーブと上部カバーの間の狭い隙間を毛管現象により通り抜けて、軸と軸受孔の間に環流する。オイル溜まりに達したオイル中に含まれる気泡は、スリーブと上部カバーの間の広い隙間でオイルから分離され外部へ排出される。【選択図】図１
2006136180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータマグネットを有するハブが取り付けられた軸、
前記軸の前記ハブが取り付けられた端部が一方の開口から突出して回転可能に挿入されている軸受孔、及び前記軸受孔から離れた位置に設けられ、前記軸受孔に略平行で、直径が前記軸受孔より小さい連通孔を有するスリーブ、
前記スリーブの前記軸受孔の他方の開口と、前記軸受孔の他方の開口と同じ側にある前記連通孔の開口とを連通させる溝状凹部を一方の面に有し、他方の面に前記溝状凹部を前記連通孔の開口に位置決めするための位置決め用凹部を有し、前記軸受孔の他方の開口と前記連通孔の開口とを覆うスラスト板、
前記スリーブの、前記一方の開口を含む端部を覆うカバー、及び
前記スリーブに設けられた、前記ロータマグネットに対向するステータを有し、
前記軸の外周面及び前記スリーブの軸受孔の内周面の少なくとも一方に、前記軸をラジアル方向において前記スリーブに非接触で支持するラジアル動圧発生溝を形成し、前記軸の端部及び前記軸の端部に対向するスラスト板の少なくとも一方に、前記軸をスラスト方向において非接触で支持する少なくとも１つのスラスト動圧発生溝を形成し、前記軸と前記スリーブとの間に潤滑流体を充填した動圧流体軸受を備えるスピンドルモータ。
【請求項２】
前記スリーブは、前記軸受孔の他方の開口を囲む筒状の薄肉部を有し、前記スラスト板は、前記スラスト板を前記筒状の薄肉部に挿入して前記薄肉部を内側に曲げてかしめることにより前記スリーブに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受を備えるスピンドルモータ。
【請求項３】
前記スラスト板は、前記溝が前記連通孔の開口に対向するように、前記位置決め用の孔を用いて位置決めされて取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受を備えるスピンドルモータ。
【請求項４】
前記スリーブは、前記軸受孔の他方の開口を囲む筒状の薄肉部を有し、前記スラスト板は、前記スラスト板を前記筒状の薄肉部に挿入して前記薄肉部を内側に曲げてかしめるとともにかしめ部を接着剤で封止することにより前記スリーブに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の動圧流体軸受を備えるスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の動圧を利用する動圧流体軸受を有するスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ハードディスク装置など回転するディスクを用いるデータ記憶装置では、その記憶容量を増大させるとともに、データの転送速度を速くすることが求められている。転送速度を速くするためには、ディスクを高速かつ高精度で回転させることが必要であることから、ディスク回転装置の回転軸部には動圧流体軸受が用いられている。
【０００３】
このような動圧流体軸受の従来例を図３を参照して説明する。図３は特許公報第２５０９７５２号に示されている動圧流体軸受の断面図である。図において、軸受１の軸受孔１ａに軸４が回転可能に挿入されている。軸４の外周面にはスパイラル状溝２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂが設けられている。軸４の中央部は部分的に直径が細くなされ、細くなされた部分と軸受孔１ａとの間の空間は油溜め６となる。軸４の下端４ａはスラスト受７によってスラスト方向（上下方向）に支持されている。スラスト受７の周囲にも空間が形成されており、この空間は油溜め５となる。
【０００４】
軸受１は一体構成の部品であり、軸受孔１ａから離れた位置に、軸受孔１ａにほぼ並行する縦方向の流通経路１６が形成されている。流通経路１６の下端は、横方向の連通孔１９により油溜め５に連通している。流通経路１６の中程には、油溜め６に連通する横方向の連通孔２０が設けられている。流通経路１６の上端は横方向の連通孔１８により軸受孔１ａに連通している。軸４と軸受孔１ａとの間には外気につながる隙間１７がある。
【０００５】
軸４と軸受孔１ａとの間、油溜め５及び６、及び流通経路１６に油を入れて軸４を回転させると、軸４はスパイラル状溝２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂによるポンピング作用により軸受孔１ａに非接触で回転する。流通経路１６は全域が油で満たされていなくてもよく、少なくとも連通孔１９、２０の近傍と油溜め５、６及びスパイラル状溝２ａ、２ｂ、３ｂの近傍に油が満たされており、しかもこれらの油が互いにつながっておれば十分である。流通経路１６は、軸受１内の、スパイラル状溝２ａ、２ｂ、３ｂのそれぞれの端部近傍の領域を軸受１の外部（大気）に連通させると共に油溜めとしても働く。
このような軸受では、軸受孔１ａに油を入れて回転軸４を挿入したとき、油溜め５及び６に気泡となって空気が残る。この気泡は浮力によって連通孔１９及び２０に入り、連通孔１９、２０を経て流通経路１６へ移動する。流通経路１６に移動した気泡は、連通孔１８及び隙間１７を経て軸受１の外部へ放出される。軸４の回転中にスパイラル溝３ａの端部９の近くから上昇する若干の油は連通孔１８から連通経路１６へ還流し外部へ漏れ出ることはない。
【特許文献１】特許第２５０９７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来例の動圧流体軸受では、軸受１を製作する具体的な加工方法は示されていないが、一般的な機械加工法では以下に示す工程により行われるものと推測される。
まず、棒状の金属材料に所定の直径の軸受孔１ａを形成する。軸受孔１ａから離れた位置に軸受孔１ａに平行に、軸受孔１ａより直径の小さい流通経路１６を、図３の矢印３０で示す部分を貫通して形成する。さらに、矢印３１、３２、３３で示す部分を貫通して連通孔１８、２０、及び１９をそれぞれ形成する。矢印３０〜３３で示す貫通孔は後でシール材により閉じる。以上のように従来例の動圧流体軸受では軸受１の加工工程が多く加工コストが高くなるとともに生産性が悪いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスピンドルモータは、ロータマグネットを有するハブが取り付けられた軸、  前記軸の前記ハブが取り付けられた端部が一方の開口から突出して回転可能に挿入されている軸受孔、及び前記軸受孔から離れた位置に設けられた、前記軸受孔に略平行で直径が前記軸受孔より小さい連通孔を有するスリーブ、前記スリーブの前記軸受孔の他方の開口と、前記軸受孔の他方の開口と同じ側にある前記連通孔の開口とを連通させる溝状凹部を一方の面に有し、他方の面に前記溝状凹部を前記連通孔の開口に位置決めするための位置決め用凹部を有し、前記軸受孔の他方の開口と前記連通孔の開口とを覆うスラスト板、前記スリーブの、前記一方の開口を含む端部を覆うカバー、及び前記スリーブに設けられた、前記ロータマグネットに対向するステータを有し、前記軸の外周面及び前記スリーブの軸受孔の内周面の少なくとも一方に、前記軸をラジアル方向において前記スリーブに非接触で支持するラジアル動圧発生溝を形成し、前記軸の端部及び前記軸の端部に対向するスラスト板の少なくとも一方に、前記軸をスラスト方向において非接触で支持する少なくとも１つのスラスト動圧発生溝を形成し、前記軸と前記スリーブとの間に潤滑流体を充填した動圧流体軸受を備える。
本発明によれば、スリーブの他方の開口と前記連通孔の開口とを覆うスラスト板に溝状凹部を設け、この溝状凹部によって前記スリーブの他方の開口と連通孔の開口とを連通させる。
本発明のスラスト板では、スラスト板を製作するプレス工程で溝状凹部も同時に形成できるので、溝状凹部のために製造コストが増加することはない。スリーブにスラスト板を取り付ける工程では、位置決め用凹部を利用して、溝状凹部が連通孔の開口に正しく対向するように位置決めすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸の回転動作中にラジアル軸受部にあるオイル（潤滑流体）はスラスト軸受部に向って流れ、連通孔を通ってスリーブの端部とカバー間に形成されたオイル溜まりに至り、オイル溜まりの狭い隙間を毛管現象によって通りラジアル軸受部に環流する。オイルの環流中に、オイル中に気泡として含まれる空気はオイル溜まりでオイルから分離され空気のみが排気孔から外部へ放出されるのでオイル中の空気は徐々に除去される。また、スラスト軸受部と連通孔との間のオイルの流路を、スラスト板の外周部に設けた溝状凹部により形成する。これにより、スリーブの端面に前記オイルの流路を形成する必要がなく、スリーブの加工コストが低減し、ひいてはスピンドルモータのコスト低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のスピンドルモータの最良の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。
図１は本実施例の動圧流体軸受３０を有するスピンドルモータの断面図である。図２の（ａ）は、本実施例の動圧流体軸受３０の上面図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のIIｂ−IIｂ断面図である。
【００１０】
図１において、動圧流体軸受３０の軸３１はスリーブ３２の軸受孔３２ａに回転可能に挿入されている。軸３１には、スピンドルモータのロータマグネット３３を有する回転体であるハブ３４が取付けられている。スリーブ３２はベース３７に取付けられており、ベース３７には、ロータマグネット３３に対向するようにステータ３９が設けられている。スリーブ３２の図において下部の開口には、この開口を密閉するスラスト板４０が取付けられている。スラスト板４０をスリーブ３２に取り付けるために、スリーブ３２の図において下端部には薄肉部３２ｔが形成されている。薄肉部３２ｔは、スラスト板４０を取り付ける前は、図２の（ｂ）に点線で示すように円筒状である。
スリーブ３２には、軸受孔３２ａの軸心にほぼ平行な連通孔４５が設けられている。連通孔４５は、下部開口４５ａがスラストフランジ４１の外周より更にラジアル方向で外側にくるような位置に形成されている。連通孔４５の直径は例えば０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ程度であり、下部開口４５ａは次に説明するようにスラスト軸受部に連通している。
【００１１】
図２の（ｂ）において、スラスト板４０の上面の外周部には、オイル流通用の１つの溝６１が形成されている。溝６１の幅は連通孔４５の直径と同じかそれ以上であるのが望ましい。溝６１の深さも連通孔４５の直径と同じかそれ以上であるのが望ましい。またスラスト板４０の下面には、前記溝６１と所定の位置関係を保って、位置決め孔６０が設けられている。位置決め孔６０及び溝６１は、スラスト板４０をプレス機による打抜き加工で作るとき同時に形成することができる。また同時に形成しなくても、同じプレス機によるプレス工程中において形成することができる。位置決め孔６０と溝６１は、スラスト板４０の中心に対して点対称の位置に設けるのが望ましい。
スラスト板４０をスリーブ３２に取り付けるときは、前記スリーブ３２の円筒状の薄肉部３２ｔにスラスト板４０を挿入し、薄肉部３２ｔの下端部を内側に曲げてかしめる。このとき、スラスト板４０の溝６１が連通孔４５の下部開口４５ａと正しく対向するように位置決め孔６０を用いてスラスト板４０の位置決めをする。薄肉部３２ｔをかしめた後、かしめ部に接着剤６７を塗布してスラスト板４０と薄肉部３２ｔとを接着し確実な密閉状態が得られるようにするのが望ましい。
【００１２】
軸受孔３２ａの内周面には当技術分野では周知である魚骨状のラジアル動圧発生溝４２及び４３が形成されてラジアル軸受部が構成されている。図において上側の動圧発生溝４２は、軸受の剛性設計の理由で下側の動圧発生溝４３よりも軸方向の長さが長くなされている。軸３１の下端にはスラストフランジ４１が設けられている。スラストフランジ４１とスラスト板４０のそれぞれの対向面のいずれか一方には、周知の形状のスラスト動圧発生溝（図示省略）が設けられている。またスリーブ３２とスラストフランジ４１の対向面のいずれか一方に周知の形状のスラスト動圧発生溝（図示省略）が形成されてスラスト軸受部が構成されている。なお、ラジアル動圧発生溝４２、４３は軸３１の外周面に形成してもよい。連通孔４５の上部開口４５ｂはスリーブ３２の上端面３２ｂにある。スリーブ３２の上端面３２ｂを含む上端部には上部カバー４７が設けられている。
【００１３】
上部カバー４７について図２の（ａ）及び（ｂ）を参照して詳細に説明する。図２の（ａ）は、動圧流体軸受の上面図であり、同（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ断面図である。図２の（ａ）及び（ｂ）において、上部カバー４７は、スリーブ３２の上端面３２ｂを覆うキャップ形状を有し、中央部には軸３１が貫通する貫通孔４７ａを有する。上部カバー４７は、図２の（ｂ）に示すようにスリーブ３２の上端部に取付けられ、円環状の下端部４７ｂは接着剤４７ｃ等によってスリーブ３２に接着されている。
【００１４】
上部カバー４７の内面は、図２の（ｂ）の断面図に示すように、貫通孔４７ａの内周面からラジアル方向で外周に向かって徐々に凹みを深くして斜面４９にされている。上部カバー４７をスリーブ３２に取付けた状態では、上部カバー４７の斜面４９とスリーブ３２の上端面３２ｂとの間の隙間は、貫通孔４７ａの内周面近傍で毛管現象が生じるように最も狭くなっており、その寸法は例えば０．０４〜０．０６ｍｍ程度である。上部カバー４７の斜面４９とスリーブ３２の上端面３２ｂとの間の隙間（以下、オイル溜まり５５という）はラジアル方向で外周に向かって徐々に大きくなり、スリーブ３２の外周近傍では毛管現象が生じないような大きな寸法の例えば０．１５〜０．２５ｍｍ程度の隙間になされている。
【００１５】
上部カバー４７の外周部の、前記連通孔４５の上部開口４５ｂから離れた位置に、直径が例えば０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ程度の排気孔５２が設けられている。図２の（ａ）では、前記排気孔５２は、上部開口４５ｂの、中心Ｃに対してほぼ点対称の位置に設けられており、この位置が排気孔５２からのオイルの漏出を避ける点で最も好ましい。上部カバー４７の内側の、排気孔５２の周囲には座ぐりにより凹部５０が形成されている。もし、斜面４９または空間５５に直接つながる排気孔を設けると、オイルの膨張等によりオイルが排気孔に達した場合、毛管現象によって排気孔に吸い上げられ、外部へ漏れるおそれがある。これを防ぐため、斜面４９と排気孔５２の間に毛管現象が生じない広い空間を形成するために凹部５０を設けている。この凹部５０は、図の左右方向の断面の面積が、図の上下方向でほぼ一定である筒状の空間であるのが望ましく、このような凹部５０は例えば、座ぐり加工等で簡単に形成することができる。また座ぐりに限らず他の加工法により形成した任意の形状の空間であっても前記の条件を満たす筒状の空間であればよい。軸３１とスリーブ３２の間、スラスト板４０をスラストフランジ４１との間及び上部カバー４７とスリーブ３２の上端面３２ｂとの間にはオイルなどの潤滑流体が充填されている。オイルの充填量は、オイルを充填した状態で、図２の（ｂ）に示すようにオイル面５７が凹部５０には入らないように設定されている。
【００１６】
以上のように構成された本実施例のスピンドルモータの動作を説明する。図１において、ステータ３９に通電すると、ロータマグネット３３は駆動力を受け、ハブ３４、軸３１は図２の（ａ）に矢印Ｒで示すように反時計方向に回転する。軸３１が回転すると、軸３１とスリーブ３２の軸受孔３２ａの間に存在するオイルには動圧発生溝４２及び４３によりラジアル方向の動圧が発生して軸３１はスリーブ３２に非接触で回転する。また軸３１の下端のフランジ４１に設けられたスラスト動圧発生溝（図示省略）によりスラスト方向の動圧が発生して、軸３１はスラスト板４０に非接触で回転する。軸３１が回転すると軸３１と軸受孔３２ａとの間のオイルはラジアル動圧発生溝４２により図の下方のフランジ４１の方へ移動する。これは、ラジアル動圧発生溝４２の左から右上へ向かう溝４２ａの長さが、左から右下へ向かう溝４２ｂの長さより長くなされているので、ラジアル動圧発生溝４２近傍のオイルは図の下方に押されるからであり、この構成は当技術分野では周知である。下方へ移動したオイルは矢印で示すように溝６１を経て連通孔４５に入り、連通孔４５の中を上昇し、スリーブ３２の上端面３２ｂと上部カバー４７との間の隙間のオイル溜まり５５に流入する。
【００１７】
オイル溜まり５５のオイルは毛管現象により、スリーブ３２の上端面３２ｂと、上部カバー４７の貫通孔４７ａ近傍の内側面との間の狭い隙間を通って軸１と軸受孔３２ａとの間の隙間へ流入して環流する。すなわち、オイルは、軸３１と軸受孔３２ａとの間、スリーブ３２の下端部とフランジ４１との間、連通管４５、オイル溜まり５５及び軸３１と軸受孔３２ａの間を循環する。オイル溜まり５５は図２の（ａ）に示すように円環状の空間であるので、連通管４５から平面部４８に入ったオイルはこの円環状の空間に広がる。軸３１と軸受孔３２ａとの間及びフランジ４１とスリーブ３２の下端部との間のオイルに混入している気泡はオイルと共に移動するので、気泡は連通管４５を通って上昇するオイルと共に上昇し、オイル溜まり５５に至る。オイル溜まり５５は毛管現象が生じないような大きな空間である。オイル溜まり５５においてオイルと空気とは、それぞれの表面張力及び比重の違いによって互に分かれ、オイルは毛管現象により上部カバー４７の貫通孔４７ａ近傍の狭い隙間に集まる。また空気は上部カバー４７とスリーブ３２の上端面３２ｂとの間でオイル溜まり５５の外周部の広い空間に集まる。
【００１８】
前記外周部に集まった空気は凹部５０に設けられた排気孔５２に達すると外部へ出てゆく。このようにオイルは流体軸受装置内を循環するので、組立時等にオイルに気泡として混入した空気は流体軸受装置の動作中に徐々に除去されてゆく。このとき空気と一緒にオイルが外部へ出てゆくことはほとんどない。その理由は、オイルは毛管現象により、上部カバー４７の傾斜部４９とスリーブ３２の上端面３２ｂの内周部との狭い隙間に集まるので、排気孔５２のある凹部５０近傍の広い空間にはオイルはほとんど存在しないからである。すなわち本発明では、上部カバー４７の、スリーブ３２の上端面３２ｂとの対向面をラジアル方向に傾斜する面にすることにより、オイルは毛管現象により内周部に集まりやすい。十分な量のオイルが充填されているとき、オイル面５７が直接排気孔５２の近傍にきていると、熱等によりオイルが膨張したとき、排気孔を通ってオイルが漏出するおそれがある。本実施例ではこれを防ぐため、毛管現象によりオイルが流入可能な空間よりも大きい空間の凹部５０を設け、凹部５０の頂部に排気孔５２を設けている。大きい空間である凹部５０には毛管現象が生じないので、オイルが凹部５０に入りにくい。これにより、凹部５０にオイルが流入するのを防止し、排気孔５２からのオイルの漏出を防いでいる。本実施例の動圧流体軸受は動作中にオイルが外部へ漏れ出ることがないので、長寿命かつ安定した動作ができる。
【００１９】
本実施例によれば、フランジ４１の近傍のオイルが連通孔４５に流入する経路は、スラスト板４０の溝６１によって形成される。そのためフランジ４１の近傍と連通孔４５との連通路をスリーブ３２の下端面３２ｃに設ける必要はない。もし溝６１を有しないスラスト板を用いるとすると、スリーブ３２の下端面３２ｃに、連通孔４５に連通するラジアル方向の溝又は段部を設ける必要がある。スリーブ３２は通常旋盤加工によって作られるので、上端面３２ｂ及び下端面３２ｃのようなスリーブ３２の中心軸に垂直な平面を形成するのは容易であり加工速度も速い。しかし、下端面３２ｃにラジアル方向の溝等を形成するためには、旋盤加工の後、フライス盤による別工程の加工が必要になる。このような複数の工作機械を用いる加工は手間と時間がかかり、コストアップにつながる。
【００２０】
本実施例によれば、スリーブ３２の上端面３２ｂは平面であるので、スリーブ３２の加工工程は少なく加工コストは低い。上部カバー４７の材料は、線膨張係数がスリーブ３２の材料にできるだけ近いものがよい。例えばスリーブ３２が真ちゅうの場合は、上部カバー４７の材質は真ちゅう、アルミニウム、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等が望ましい。しかし、他の金属や樹脂を使用しても実用上問題はない。なお、図１ではアウターロータ型モータの例について説明したが、インナーロータ型モータにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。傾斜部４９、凹部５０及び排気孔５２等の複雑な形状を有する構造はすべて上部カバー４７に形成しているが、上部カバー４７は、精密プレス、樹脂の精密射出成形など高能率かつ低コストの製法で製作可能であるので、構造の複雑なスリーブ３２の上端面３２ｂに加工しなくてもよいことと相まってトータルの製造コストが低減され、生産性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、長寿命かつ高信頼性の動圧流体軸受を有するスピンドルモータに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例の動圧流体軸受を有するスピンドルモータの断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例の動圧流体軸受の要部の上面図である。（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ断面図である。
【図３】従来の動圧流体軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
３１  軸
３２  スリーブ
３２ａ  軸受孔
３２ｂ  上端面
３３  ロータマグネット
３４  ハブ
３７  ベース
３９  ステータ
４０  スラスト板
４１  フランジ
４２、４３  ラジアル動圧発生溝
４５  連通孔
４７  上部カバー
４８  平面部
４９  傾斜部
５０  凹部
５２  排気孔
５５  オイル溜まり
【図１】
2006136180.tif 000003
【図２】
2006136180.tif 000004
【図３】
2006136180.tif 000005