(57)【要約】【課題】  同一の工作機械で簡易に加工して加工コストを低減し、軸体の浮上位置の偏りの発生を防止し、広い温度範囲にわたって安定的に軸体を回転支持する。【解決手段】  略円柱状に形成されたラジアル軸部１０ａを有する軸体１０と、該軸体１０との間に形成される隙間に充填された流体を介して該軸体１０を回転自在に支持する軸体支持部９とを備え、軸体支持部９に半径方向に鍔状に形成されたスラスト部９ｂが設けられ、スラスト部９ｂの軸方向の２つの表面に動圧発生溝１２を備えスラスト部９ｂを軸方向に挟む２つのスラスト軸受部１４が形成され、ラジアル軸部１０ａの表面に半径方向に対向する表面のいずれかに動圧発生溝１２を備えたラジアル軸受部１３が形成され、２つのスラスト軸受部１４に、各スラスト軸受部１４の半径方向の両側を連絡するスラスト連絡溝が設けられている流体動圧軸受を提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱状に形成されたラジアル軸部を有する軸体と、該軸体との間に形成される隙間に充填された流体を介して該軸体を回転自在に支持する軸体支持部とを備え、
前記軸体または前記軸体支持部のいずれか一方に、半径方向に延びて鍔状に形成されたスラスト部が設けられ、
該スラスト部の軸方向の２つの表面または該表面に軸方向に対向する表面のいずれかに動圧発生溝を備え、前記スラスト部を軸方向に挟む２つのスラスト軸受部が形成され、
前記ラジアル軸部の表面または該表面に半径方向に対向する表面のいずれかに動圧発生溝を備えたラジアル軸受部が形成され、
前記２つのスラスト軸受部に、各スラスト軸受部の半径方向の両側を連絡するスラスト連絡溝が設けられている流体動圧軸受。
【請求項２】
前記スラスト部の半径方向外側に、前記２つのスラスト軸受部の半径方向内側または外側どうしを連絡する連絡溝が設けられている請求項１に記載の流体動圧軸受。
【請求項３】
前記ラジアル軸受部に、該ラジアル軸受部の軸方向の両側を連絡する少なくとも１つのラジアル連絡溝が設けられている請求項１または請求項２に記載の流体動圧軸受。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか記載の流体動圧軸受と、前記軸体支持部に対して前記軸体を回転させる駆動手段とを備えているモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のモータを備え、前記軸体に薄板状の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸体支持部との隙間に充填された流体の動圧により軸体を回転自在に支持する流体動圧軸受、この流体動圧軸受を備えたモータ、およびこのモータを備えた記録媒体駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータの高速回転に対応しうる軸受として、オイル、水等の液体を利用した流体動圧軸受の開発が行われている。この流体動圧軸受は、軸体とハウジング（軸体支持部）との隙間に液体を満たして、これらが互いに接触しないように軸体とハウジングとを相互に回転させるものである。軸体は、その径方向外方側に突出する略円環状のフランジ（スラスト部）を備え、フランジの表面および裏面の環状領域には、ハウジングの内面との間に動圧を発生させるＶ字形の動圧発生溝が形成されている。この軸体をハウジングに対して回転させた際には、動圧発生溝によってフランジの内周縁側および外周縁側から径方向に液体が引き込まれ、フランジの径方向の中途部において最大の動圧が発生することになる。
【０００３】
また、従来の流体動圧軸受においては、軸体の回転の際にフランジの表面側および裏面側の隙間で発生する動圧が等しくなるように、フランジを軸方向に貫通する貫通孔を形成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０―１９６６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フランジに形成する動圧発生溝と、圧力交換用の貫通孔とは、加工するための工具が異なるために同時に加工することができず、加工工数を減らすことができないとともに、加工コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、同一の工作機械で簡易に加工でき、加工コストを低減することができるとともに、軸体の浮上位置の偏りの発生を防止し、広い温度範囲にわたって安定的に軸体を回転支持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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、略円柱状に形成されたラジアル軸部を有する軸体と、該軸体との間に形成される隙間に充填された流体を介して該軸体を回転自在に支持する軸体支持部とを備え、前記軸体または前記軸体支持部のいずれか一方に、半径方向に延びて鍔状に形成されたスラスト部が設けられ、該スラスト部の軸方向の２つの表面または該表面に軸方向に対向する表面のいずれかに動圧発生溝を備え、前記スラスト部を軸方向に挟む２つのスラスト軸受部が形成され、前記ラジアル軸部の表面または該表面に半径方向に対向する表面のいずれかに動圧発生溝を備えたラジアル軸受部が形成され、前記２つのスラスト軸受部に、各スラスト軸受部の半径方向の両側を連絡するスラスト連絡溝が設けられている流体動圧軸受を提供する。
【０００８】
本発明によれば、軸体支持部に対して軸体を回転させると、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部に設けられた動圧発生溝の作用により、流体がスラスト部の径方向の中途位置、およびラジアル軸部の軸方向の途中位置に向けて引き込まれ、これらの位置において軸体を軸方向および半径方向に支持する流体の動圧が最大となる。これにより、軸体が軸体支持部に対して軸方向および半径方向に浮上させられ、かつ軸方向および半径方向に移動しないように支持されつつ回転させられることになる。
【０００９】
この場合において、スラスト部を挟む２つのスラスト軸受部においては、境界条件の相違から、圧力差が発生しがちである。また、各部の隙間の寸法の違いによって、隙間に収容されている流体の容積が異なるため、温度変化によって圧力差が発生しがちである。本発明によれば、２つのスラスト軸受部の半径方向の両側を連絡するスラスト連絡溝の作用により、２つのスラスト軸受部の軸方向の両側における圧力差がそれぞれ解消される。
【００１０】
そして、鍔状のスラスト部の半径方向内側または外側において、２つのスラスト軸受部が連絡している場合には、２つのスラスト軸受部の全体にわたる圧力差が解消され、軸体が圧力差によって軸方向に偏る不都合が発生せず、広い温度範囲にわたって、安定的に偏りなく回転支持することができる。
【００１１】
上記発明においては、前記スラスト部の半径方向外側に、前記２つのスラスト軸受部の半径方向内側または外側どうしを連絡する連絡溝が設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、連絡溝によりスラスト軸受部どうしを連絡することができ、２つのスラスト軸受部の圧力差を解消することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記ラジアル軸受部に、該ラジアル軸受部の軸方向の両側を連絡する少なくとも１つのラジアル連絡溝が設けられていることとしてもよい。
このようにすることで、ラジアル連絡溝によりラジアル軸受部の両側が連絡され、圧力差を解消することができる。これにより、ラジアル軸受部における圧力差によって軸体が軸方向に偏る不都合の発生を防止することができる。
【００１３】
また、本発明は、上記いずれかの流体動圧軸受と、前記軸体支持部に対して前記軸体を回転させる駆動手段とを備えているモータを提供する。
本発明によれば、上記流体動圧軸受により軸体支持部に対して軸体が偏りなく安定的に回転支持されるので、駆動手段の作動により軸体支持部に対して軸体を回転させると、動作不良や異常振動を発生させることなく、長期間にわたり、かつ、広い温度範囲にわたって軸体を安定して回転させることができる。
【００１４】
また、本発明は、上記モータを備え、前記軸体に薄板状の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、モータの作動により、軸体支持部に対して軸体を回転させると、固定部に固定された薄板状の記録媒体が回転させられる。軸体が軸体支持部に対して動作不良や異常振動を発生させることなく安定して回転させられるので、記録媒体の回転に伴う振動が抑制され、情報の読み書きを高い信頼性で行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、同一の工具で簡易に加工でき、加工コストを低減することができるとともに、軸体の浮上位置の偏りの発生を防止し、広い温度範囲にわたって安定的に軸体を回転支持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受１、モータ２および記録媒体駆動装置３について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る記録媒体駆動装置３は、薄板の円板状に形成された磁気ディスク４を回転させる装置であってモータ２を備えている。本実施形態に係るモータ２は、ステータ５と、該ステータ５に対して回転させられるロータ６と、該ロータ６をステータ５に対して回転自在に支持する流体動圧軸受１とを備えている。
【００１７】
ステータ５には、図２に示されるように、周方向に間隔をあけて半径方向に延びる複数の極歯５ａと、該極歯５ａに巻かれたコイル５ｂとが設けられている。ロータ６には、前記ステータ５の極歯５ａの半径方向内方に隙間をあけて対向するリング状の永久磁石７が固定されている。永久磁石７は、周方向に異なる磁極を配置するように着磁されている。また、ロータ６には、磁気ディスク４を固定するディスク搭載部６ａが設けられている。
【００１８】
本実施形態に係る流体動圧軸受１は、ステータ５を固定するベース８に固定される軸体支持部９と、ロータ６と一体的に設けられた軸体１０とを備えている。
軸体１０は、略円柱状に形成されたラジアル軸部１０ａを備えている。一方、軸体支持部９は、前記ラジアル軸部１０ａを収容する軸体挿入孔９ａを有するとともに、半径方向外方に鍔状に延びるスラスト部９ｂを備えている。ロータ６にはリング状部材１１が固定され、該リング状部材１１と前記ロータ６との間に軸体支持部９のスラスト部９ｂが厚さ方向に隙間をあけて挟まれている。軸体支持部９と軸体１０、ロータ６およびリング状部材１１との間の隙間にはオイル（流体：図示略）が充填されている。
【００１９】
本実施形態においては、軸体１０のラジアル軸部１０ａの表面およびスラスト部９ｂに対向するロータ６およびリング状部材１１の表面は平坦に形成されている。一方、図３に示されるように、該軸体支持部９の前記ラジアル軸部１０ａに対向する軸体挿入孔９ａの表面およびスラスト部９ｂの厚さ方向の両表面には、それぞれ動圧発生溝１２が設けられている。これにより、ラジアル軸部１０ａとこれに対向する表面によりラジアル軸受部１３が構成され、スラスト部９ｂの厚さ方向の両表面とこれらに対向する表面によりスラスト軸受部１４が構成されている。
【００２０】
ラジアル軸部１０ａに対向する軸体支持部９の軸体挿入孔９ａの表面に形成された動圧発生溝１２は、例えば、ヘリングボーン形状を有し、軸体１０が軸体支持部９に対して一方向に回転させられたときに、ラジアル軸部１０ａの軸方向の途中位置にオイルを引き込むように構成されている。ヘリングボーン形状の動圧発生溝１２は、軸方向に２組設けられている。
【００２１】
スラスト部９ｂの表面に形成された動圧発生溝１２は、例えば、スパイラル形状を有し、軸体１０が軸体支持部９に対して一方向に回転させられたときに、スラスト部９ｂの半径方向の外周縁部に向けてオイルを引き込むように構成されている。
【００２２】
本実施形態においては、スラスト部９ｂに、該スラスト部９ｂの厚さ方向の両側に形成された２つのスラスト軸受部１４の両端を半径方向にそれぞれ連結するように動圧発生溝１２よりも深い連絡溝（スラスト連絡溝）１５が設けられている。また、一方のスラスト軸受部１４は、大気圧開放されたシール部Ｂに接続している。さらに、スラスト部９ｂの外周には、スラスト軸受部１４よりも十分に大きな隙間寸法を有するオイル溜まりＣが設けられている。
また、本実施形態においては、ラジアル軸受部１３の両端を軸方向に連絡するように、軸体挿入孔９ａの内面に動圧発生溝１２よりも深い連絡溝（ラジアル連絡溝）１６が設けられている。
【００２３】
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、モータ２および記録媒体駆動装置３の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る流体動圧軸受１によれば、軸体支持部９に対して軸体１０が回転させられると、軸体支持部９と軸体１０との隙間に充填された流体の粘性により、流体が軸体１０に引き摺られて流動する。軸体支持部９の表面には動圧発生溝１２が設けられているので、流体は動圧発生溝１２に沿って引き込まれる。
【００２４】
ラジアル軸受部１３にはヘリングボーン形状の動圧発生溝１２が設けられているので、流体はラジアル軸受部１３の軸方向の両端側から内側に向かって引き込まれ、軸方向の途中位置において大きな動圧を発生する。したがって、その動圧発生部において、軸体１０のラジアル軸部１０ａは軸体支持部９から全周にわたって半径方向内方に向けて押圧されることになり、軸体挿入孔９ａの半径方向の中心位置に支持されることになる。
【００２５】
ヘリングボーン形状の動圧発生溝１２が軸方向に２組設けられているので、ラジアル軸受部１３はその軸方向に離れた２カ所に動圧発生部が形成される。これにより、軸体１０が軸体支持部９に対して倒れないように支持される。
【００２６】
また、スラスト軸受部１４にはスパイラル形状の動圧発生溝１２が設けられているので、流体は、動圧発生溝１２に沿ってスラスト軸受部１４を半径方向外方に導かれ、半径方向外方の最外周位置において最大の動圧を発生する。したがって、その動圧発生部において、軸体支持部９のスラスト部９ｂは厚さ方向の両側から挟まれるように押圧されることになり、軸方向に位置決め状態に支持されることになる。
このようにして、軸体１０は、その回転が継続している限り、軸体支持部９に対して、半径方向および軸方向に位置決めされた状態で支持される。
【００２７】
この場合において、本実施形態に係る流体動圧軸受１によれば、スラスト部９ｂの厚さ方向の両面に半径方向に延びる動圧発生溝１２よりも深い連絡溝１５およびラジアル軸受部１３の両端を連絡するように、軸体挿入孔９ａの内面に軸方向に延びる連絡溝１６が設けられているので、以下の効果がある。
すなわち、スラスト部９ｂの厚さ方向の両側に設けられた２つのスラスト軸受部１４においては、それぞれ、半径方向外方に流体が引き込まれる結果、半径方向内側において、低圧状態が発生する。
また、ラジアル軸受部１３においては、軸方向の両側から軸方向に沿って流体が引き込まれる結果、軸方向の両側に低圧状態が発生する。
【００２８】
スラスト部９ｂおよびラジアル軸受部１３に連絡溝１５，１６が設けられていない場合は、ラジアル軸受部１３とスラスト軸受部１４が隣接する符号Ａの領域における低圧状態が、両方の軸受部１３，１４の影響から最も大きくなり、ラジアル軸受部１３の両端において圧力差が発生してしまう不都合がある。
また、スラスト部９ｂを挟む２つのスラスト軸受部１４においても同様の理由から圧力差が発生してしまう不都合がある。
【００２９】
スラスト部９ｂの動圧発生溝１２が設けられている表面に半径方向の全長にわたり連絡溝１５を設けることにより、各スラスト軸受部１４の半径方向内外の圧力差をなくすことができる。また、スラスト部９ｂの外周にはオイル溜まりＣが設けられ、一方のスラスト軸受部１４にはシール部Ｂが接続しているので、２つのスラスト軸受部１４の半径方向の両端の圧力は大気圧に等しくなる。
【００３０】
また、ラジアル軸受部１３の軸方向の両端が連絡溝１６により連絡されているので、ラジアル軸受部１３の軸方向の両端の圧力差も解消することができる。
その結果、軸方向の各部における圧力差を解消し、軸体１０が圧力差に従って軸体支持部９に対して軸方向に移動してしまう不都合の発生を未然に防止することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る流体動圧軸受１によれば、ラジアル軸受部１３およびスラスト軸受部１４の両端を貫通孔により連絡するのではなく、連絡溝１５，１６により連絡することとしているので、軸体支持部９の加工において、工具を交換することなく、あるいは、最小限の工具の交換により、動圧発生溝１２の加工と同時に、同一の工作機械によって簡易に加工を行うことができる。その結果、加工コストを低減することができるという利点がある。
【００３２】
さらに、本実施形態に係る流体動圧軸受１によれば、全ての動圧発生溝１２を軸体支持部９に設けることとし、軸体１０の表面を平坦な表面により構成したので、各スラスト軸受部１４およびラジアル軸受部１３において、軸体支持部９に対して軸体１０が微少変動しても、各軸受部１３，１４の状態を変化させずに済むという利点がある。
【００３３】
すなわち、スラスト軸受部１４において、軸体１０が半径方向内方または外方のいずれかに微少変位を生じても、動圧発生溝１２とこれに対向する軸体１０の表面とにより構成されるスラスト軸受部１４には何ら変化が生じない。また、ラジアル軸受部１３において、軸体１０が軸方向のいずれかに微少変位を生じても、動圧発生溝１２とこれに対向する軸体１０の表面とにより構成されるラジアル軸受部１３には何ら変化が生じない。
したがって、軸体１０側に動圧発生溝１２が設けられている場合のように、動圧発生溝１２の位置の変動による各軸受部１３，１４の状態の変化がなく、渦などの発生による軸体１０の振動の発生を未然に防止することができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、全ての動圧発生溝１２および連絡溝１５，１６が軸体支持部９に設けられているので、軸体１０が回転しても、動圧発生溝１２が変位せず、動圧発生溝に対向する位置に凹凸や貫通孔が存在しない。すなわち、軸体１０が回転しても、動圧発生溝１２が凹凸や貫通孔を横切ることがなく、圧力変動が発生しない。
その結果、動圧発生溝１２の数および連絡溝１５，１６の数に関係する高次の動圧振動の発生を低減することができ、軸体支持部９に対して軸体１０を安定して回転支持することができるという利点がある。
【００３５】
また、本実施形態に係るモータ２によれば、上記流体動圧軸受１により、軸体支持部９に対して軸体１０が安定して回転支持されるので、ステータ５に対してロータ６を少ない振動で安定して回転させることができるという利点がある。
また、本実施形態に係る記録媒体駆動装置３によれば、ロータ６に取り付けた磁気ディスク４を少ない振動で安定して回転させることができ、磁気ディスク４の回転に同期したＲＲＯ（Repeatable Run Out）、ＮＲＲＯ（Non Repetitive Run Out）、ＰＥＳ（Position Error Signal）等の外乱変動の発生を防止し、信頼性高く磁気情報を読み書きすることができるという利点がある。
【００３６】
なお、本実施形態においては、スラスト部９ｂの表面に半径方向に延びる連絡溝１５およびラジアル軸受部１３の軸体挿入孔９ａの内面に軸方向に延びる連絡溝１６をそれぞれ軸体支持部９に設けることとしたが、動圧発生溝１２に対向する軸体１０側の表面に設けることにしてもよい。
【００３７】
また、本実施形態においては、連絡溝１５として、スラスト部９ｂの表面に半径方向に延びるものを採用したが、これに代えて、図４に示されるように、一部の動圧発生溝１２の部分に、他の動圧発生溝１２よりも深く、半径方向の内外を連絡するように連絡溝１５を形成してもよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、軸体支持部９のスラスト部９ｂに設けた動圧発生溝１２として、外周縁付近に動圧発生部を形成するスパイラル形状のものを例示したが、これに代えて、ヘリングボーン形状を有するものを採用してもよい。
また、外周縁付近に動圧発生部を形成するスパイラル形状のものに代えて、図５に示されるように、内周部に動圧発生部を形成するスパイラル形状の動圧発生溝１２を採用してもよい。
【００３９】
また、本実施形態においては、スラスト部９ｂの外周に比較的大きな隙間寸法のオイル溜まりＣを設けたが、これに代えて、隙間寸法を十分に小さくする場合には、スラスト部９ｂの外周部を軸方向に連絡する第２の連絡溝を設けることにしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、軸体支持部９にスラスト部９ｂが設けられたものについて説明したが、これに代えて、図６〜図８に示されるように、軸体１０にスラスト部２０が設けられたものを採用してもよい。この場合、軸体１０に設けられたスラスト部２０の表面には動圧発生溝１２を設けることなく、該スラスト部２０の表面に対向する軸体支持部９の表面に動圧発生溝１２を設けることとしてもよい。
また、図９に示されるように、内鍔状に形成された軸体支持部９のスラスト部９ｂの内面とこれに対向する軸体１０との間にラジアル軸受部１３を構成することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一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を示す概略断面図である。
【図２】図１のモータのステータおよびロータを示す平面図である。
【図３】図１の流体動圧軸受の軸体支持部を示す（ａ）平面図、（ｂ）縦断面図、（ｃ）下面図である。
【図４】図１の流体動圧軸受の変形例を示す軸体支持部の平面図である。
【図５】図１の流体動圧軸受の他の変形例を示す軸体支持部の平面図である。
【図６】図１の流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置の第１の変形例を示す流体動圧軸受部分の縦断面図である。
【図７】図１の流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置の第２の変形例を示す流体動圧軸受部分の縦断面図である。
【図８】図１の流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置の第３の変形例を示す流体動圧軸受部分の縦断面図である。
【図９】図１の流体動圧軸受、モータおよび記録媒体駆動装置の第４の変形例を示す流体動圧軸受部分の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  流体動圧軸受
２  モータ
３  記録媒体駆動装置
４  磁気ディスク（記録媒体）
５  ステータ（駆動手段）
６  ロータ（駆動手段）
６ａ  ディスク搭載部（固定部）
９  軸体支持部
９ａ  軸体挿入孔
９ｂ  スラスト部
１０  軸体
１０ａ  ラジアル軸部
１２  動圧発生溝
１３  ラジアル軸受部
１４  スラスト軸受部
１５  連絡溝（スラスト連絡溝）
１６  連絡溝（ラジアル連絡溝）
【図１】
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【図２】
2008175269.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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