(57)【要約】【課題】作動環境の温度の変化に対し、安定したスラスト浮上特性を得ることを目的とする。【解決手段】スリーブ１の内部には、圧力調整穴１ｄが設けられていると共に、スリーブ１は、スリーブホルダー８よりも線膨張係数が小さい材質からなり、スリーブ１の下端面とスラスト板３との間には狭ギャップ９が設けられているため、スラスト板３と軸２のスラスト面２ａの間の圧力は狭ギャップ９の絞り作用により調整され、所定のスラスト浮上量が得られるとともに、スリーブ１とスリーブホルダー８の線膨張係数の差により安定した浮上特性が得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受穴を有するスリーブと、この軸受穴に相対回転自在に挿入された軸と、前記スリーブを囲うスリーブホルダーと、前記スリーブホルダー端面に固定され、前記軸の一端面と当接するスラスト軸受部材からなり、前記軸の一端面と前記スラスト軸受部材との少なくとも一方にはスラスト側動圧発生溝を有し、前記スリーブの軸受穴の内周面または前記軸の外周面との少なくとも一方には潤滑剤を前記スラスト軸受部材へ流動させる作用を行う少なくとも２組のラジアル側動圧発生溝を有し、前記２組の動圧発生溝の中間において、前記動圧発生溝部におけるスリーブと軸との間隙よりも大きく、外部に臨まない潤滑剤プール部が設けられている動圧流体軸受装置において、前記スリーブホルダーは前記スリーブよりも線膨張係数が小さい材質からなり、前記スリーブと前記スラスト軸受部材との間に狭ギャップ部を設け、前記スリーブの前記スラスト軸受部材と対向する端面に設けられ、前記潤滑剤プール部と連通する圧力調整穴を有していることを特徴とする動圧流体軸受装置。
【請求項２】
請求項１記載の動圧流体軸受装置において、スリーブの軸方向の長さを、２０ｍｍ以下とし、且つ、狭ギャップ部のクリアランスを、スリーブの軸方向の長さに比べ、１／５００〜１／１０００の大きさとし、且つ、スリーブとスリーブホルダーの材質の線膨張係数の差を、５．０×１０−６〜１０．０×１０−６としたことを特徴とする動圧流体軸受装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の動圧流体軸受装置を備え、スリーブ又は軸がロータの一部として回転するモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置の作動環境の温度の変化に対して、安定したスラスト浮上特性を持つ動圧流体軸受装置、及びその動圧流体軸受装置を備えた回転する磁気ディスクから信号の記録再生を行うディスク記録装置に用いられるモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、動圧流体軸受の従来例についての断面図である。
【０００３】
この動圧流体軸受は、スリーブ１１を囲うスリーブホルダー１８の下端面に円筒状穴を閉塞するスラスト板１３が固定され、円筒状穴には回転自在な軸１２が挿入されている。
【０００４】
前記スリーブ１１の円筒状穴の内周面には、軸１２の外周面と対向する図６に示すように非対称のヘリングボーン状の動圧発生溝１１ｂ、１１ｃが設けられている。
【０００５】
また、前記軸１２の下端面の前記スラスト板１３と対向するスラスト面１２ａには、図示しないスパイラル状またはヘリングボーン状の動圧発生溝１２ｂが設けられている。
【０００６】
前記動圧発生溝１１ｂ、１１ｃは軸受の作動中即ち軸１２とスリーブ１１との少なくとも一方の回転中に軸１２とスリーブ１１の間のすきま内の潤滑剤をスラスト板１３の方向へ流動させる作用を行う。
【０００７】
以上のように構成されているので、軸１２の静止時には軸１２の一方の端面とスラスト板１３とは接触しているが、軸１２が回転すると軸１２のスラスト面の動圧発生溝１２ｂのポンピング作用によって軸方向を支持する力を発生させると共に、スリーブ１１の内周面の非対称のヘリングボーン状の動圧発生溝１１ｂ、１１ｃのポンピング作用によって軸１２とスリーブ１１の間のすきま内の潤滑剤がスラスト板１３の方向に流動し、軸１２が浮上し、定められた作動環境下において所定のスラスト浮上量が得られる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５９−４３２１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、作動環境の温度の変化（一般的な軸受装置の性能保証温度範囲−１０〜７０℃）による軸受内の潤滑剤の粘度が変化し、高温時では潤滑剤の粘度の低下により軸の浮上量が所定の値よりも小さくなり、低温時には潤滑剤の粘度の増大により軸の浮上量が所定の値よりも大きくなるという重大な欠点を有していた。
【００１０】
本発明は、上記欠点を鑑み、軸受装置の作動環境の温度が変化した場合でも、安定した浮上特性を有する信頼性の高い動圧流体軸受装置及びその動圧流体軸受装置を備えたモータを提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１手段の動圧流体軸受装置は上記の目的を達成するために、軸受穴を有するスリーブと、この軸受穴に相対回転自在に挿入された軸と、前記スリーブを囲うスリーブホルダーと、前記スリーブホルダー端面に固定され、前記軸の一端面と当接するスラスト軸受部材からなり、前記軸の一端面と前記スラスト軸受部材との少なくとも一方にはスラスト側動圧発生溝を有し、前記スリーブの軸受穴の内周面または前記軸の外周面との少なくとも一方には潤滑剤を前記スラスト軸受部材へ流動させる作用を行う少なくとも２組のラジアル側動圧発生溝を有し、前記２組の動圧発生溝の中間において、前記動圧発生溝部におけるスリーブと軸との間隙よりも大きく、外部に臨まない潤滑剤プール部が設けられている動圧流体軸受装置において、前記スリーブホルダーは前記スリーブよりも線膨張係数が小さい材質からなり、前記スリーブと前記スラスト軸受部材との間に狭ギャップ部を設け、前記スリーブの前記スラスト軸受部材と対向する端面に設けられ、前記潤滑剤プール部と連通する圧力調整穴を有していることを特徴としている。
【００１２】
第２手段の動圧流体軸受装置は上記の目的を達成するために、上記第１手段に加えて、スリーブの軸方向の長さを、２０ｍｍ以下とし、且つ、狭ギャップ部のクリアランスを、スリーブの軸方向の長さに比べ、１／５００〜１／１０００の大きさとし、且つ、スリーブとスリーブホルダーの材質の線膨張係数の差を、５．０×１０−６〜１０．０×１０−６としたことを特徴としている。
【００１３】
このような構成によると、作動環境の温度が変化した場合においても、スラスト圧力を調整する狭ギャップが、スリーブとスリーブホルダーの線膨張係数の差からスラスト浮上量を安定させる方向に変化するので、動圧流体軸受装置は安定したスラスト浮上特性が得られる。
【００１４】
なお、本発明の動圧流体軸受装置は、モータの他、種々の機械器具に利用することができる。
【００１５】
次に、本発明のモータは、上記の動圧流体軸受装置を備え、軸又はスリーブがロータの一部として回転するものである。このモータは、ハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスクを始めとする記録媒体駆動装置用のスピンドルモータとして用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の各実施の形態を図１から図４を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１から図３は、本発明の第１実施例を示す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についてのものであって、そのうち図２はスリーブ断面の詳細図、図３はスラスト軸受面の詳細図である。
【００１８】
図１に示すように、スピンドルモータのベース４の嵌合穴に略円筒形状のスリーブ１を囲うスリーブホルダー８の下端面が、例えば圧入やレーザー溶接、接着剤による接着などにより嵌合固定されることによって、スリーブホルダー８が固定されている。
【００１９】
スリーブ１には、碗形状のロータハブ５の中央部に上端部が固定されて内方に突出した軸２が円筒状穴に回転自在に挿入されており、スリーブ１を囲うスリーブホルダー８の下端面には円筒状穴を閉塞するスラスト板３が固定されている。
【００２０】
ロータハブ５の外周壁の内周面には円筒状のロータマグネット６が内嵌固定され、ステータコア７と径方向空隙を隔てて相対している。ロータは、軸２とロータハブ５とロータマグネット６からなる。ロータハブ５の外周壁の外周面にはハードディスクが外嵌保持される。
【００２１】
スリーブ１及びスラスト板３と軸２との間隙には、潤滑剤が充填され、これらにより動圧流体軸受装置を構成している。
【００２２】
軸２の下端面は、軸心方向に対し垂直なスラスト面２ａが形成され、潤滑剤を介してスラスト板３の上面と軸心方向に相対し、スラスト軸受部を構成している。
【００２３】
軸２のスラスト面２ａには、図３に示す動圧発生溝２ｂが設けられている。
【００２４】
スリーブ１の円周の上下中間部に環状凹形状の潤滑剤プール部１ａが形成されている。
【００２５】
スリーブ１の潤滑剤プール部１ａの上下における内周面と、軸２の外周面とがそれぞれ潤滑剤を介して径方向に相対することにより、上下ラジアル軸受部を構成している。この上下ラジアル軸受部におけるスリーブ１の内周部には軸２の回転時にスラスト板３に向かって潤滑剤を流動させるために、図２に示すように非対称の動圧発生溝１ｂ、１ｃが設けられている。
【００２６】
また、スリーブ１の内部には、スラスト板３と対向するスリーブ１の下端面とスリーブ１の内周面の潤滑剤プール部１ａとを連通する圧力調整穴１ｄが設けられている。
【００２７】
スリーブホルダー８は、スリーブ１よりも線膨張係数が小さい材質から形成されている。
【００２８】
なお、スリーブ１の下端面とスラスト板３との間には、図４に示すように狭ギャップ９が設けられている。
【００２９】
ここで、スリーブ１の軸方向の長さは２０ｍｍ以下とし、狭ギャップ９のクリアランスは、スリーブ１の軸方向の長さに比べ、１／５００〜１／１０００の大きさとし、スリーブ１とスリーブホルダー８の材質の線膨張係数の差は、５．０×１０−６〜１０．０×１０−６となっている。
【００３０】
以上の構成により、軸２の静止時には軸２の下端面のスラスト面２ａとスラスト板３とは接触しているが、軸２が回転すると、図３に示すように軸２のスラスト面に設けられた動圧発生溝２ｂによるポンピング作用によって軸方向を支持する力を発生させると共に、図２に示すようにスリーブ  の内周面に設けられた非対称のヘリングボーン状の動圧発生溝２ｂ、２ｃのポンピング作用によって潤滑剤プール部１ａ内の潤滑剤がスラスト板３の方向に流動し、軸２が浮上する。軸２が浮上すると、潤滑剤はスリーブ１の内部に設けた圧力調整穴１ｄを通って潤滑剤プール部１ａへと循環する。スラスト板３と軸２の下端面のスラスト面２ａの間の圧力はスリーブ１の下端面とスラスト板３との間の狭ギャップ９による絞り作用によって調整されるので、所定のスラスト浮上量が得られる。
【００３１】
ここで、軸受装置の作動環境の温度が変化したとしても、潤滑剤の粘度の増減によるスラスト圧力の変化に対して、スリーブ１とスリーブホルダー８の線膨張係数の差により、スラスト圧力を調整する狭ギャップ９がスラスト浮上量を調整する方向に変化し、安定した浮上特性が得られる。
【００３２】
また、スリーブ１が小型になるほど、スラスト圧力は小さくなるため、スラスト圧力を調整する狭ギャップ９のクリアランスは、できるだけ小さい方が良く、且つ、作動環境の温度変化に対する狭ギャップ９のクリアランスの変化量はできるだけ大きい方が良い。
【００３３】
つまり、軸受装置の作動環境の温度が上昇した場合は、潤滑剤の粘度減少により、スラスト圧力は小さくなるが、狭ギャップ９のクリアランスの大きさが小さくなることで、絞り効果が増大し、スラスト浮上量の減少を抑制し、所定の浮上量を得ることができる。
【００３４】
反対に、軸受装置の作動環境の温度が低下した場合は、潤滑剤の粘度増大により、スラスト圧力は大きくなるが、狭ギャップ９のクリアランスの大きさが大きくなることで、絞り効果が減少し、スラスト浮上量の増加を抑制し、所定の浮上量を得ることができる。
【００３５】
本実施例においては、スリーブ１の軸方向の長さを２０ｍｍ以下とし、狭ギャップ９のクリアランスを、スリーブ１の軸方向の長さに比べ、１／５００〜１／１０００の大きさとし、スリーブ１とスリーブホルダー８の材質の線膨張係数の差を、５．０×１０−６〜１０．０×１０−６とすることで、軸受装置の性能保証温度範囲（−１０〜７０℃）において、狭ギャップ９のクリアランスの大きさが０になることはなく、且つ、絞り作用が有効に働く。
【００３６】
スリーブ１とスリーブホルダー８の材質について、例えば、スリーブ１を銅合金のＣ３６０４（線膨張係数：１８．４×１０−６）、スリーブホルダー８をステンレス合金ＳＵＳ４２０Ｊ２（線膨張係数：１０．３×１０−６）をあげることができる。
【００３７】
なお、軸２の下端面のスラスト面２ａに設けた動圧発生溝２ｂは、対面するスラスト板３の表面に設けても良い。
【００３８】
また、スリーブ１の内部に設けられ、スリーブ１内周面の潤滑剤プール部１ａとスラスト板３と対向するスリーブ１の下端面とを連通する圧力調整穴１ｄは２本以上であっても良い。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の動圧流体軸受装置又はモータによれば、スリーブの内部には、スラスト板と対向するスリーブの下端面とスリーブ内周面の潤滑剤プール部とを連通する圧力調整穴が設けられ、かつ、スリーブの下端面とスラスト板との間に狭ギャップが設けられていることにより、作動環境の温度の変化に対しても安定した浮上特性が得られる。
【００４１】
また、スリーブの軸方向の長さを、２０ｍｍ以下とし、狭ギャップ部のクリアランスを、スリーブの軸方向の長さに比べ、１／５００〜１／１０００の大きさとし、スリーブとスリーブホルダーの材質の線膨張係数の差を、５．０×１０−６〜１０．０×１０−６としたので、温度変化に応じて、絞り作用が有効に働き、実用的且つ効果的となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における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の模式的な断面図
【図２】図１に示すスリーブ断面の詳細図
【図３】図１に示すスラスト軸受面の詳細図
【図４】図１に示すスリーブ下端面とスラスト板の間の狭ギャップ近傍の詳細図
【図５】従来の動圧流体軸受の断面図
【図６】図５に示すスリーブ断面の詳細図
【符号の説明】
１      スリーブ
１ａ    潤滑剤プール部
１ｂ、１ｃ  非対称動圧発生溝
１ｄ    圧力調整穴
２      軸
２ａ    スラスト面
２ｂ    動圧発生溝
３      スラスト板
４      ベース
５      ロータハブ
６      ロータマグネット
７      ステータコア
８      スリーブホルダー
９      狭ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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