(57)【要約】【課題】  軸径より大のスラストベアリングを持たずに浮上量の精密制御を可能にする動圧流体軸受モータを実現する。【解決手段】  ラジアルベアリングの不平衡ヘリングボーングルーブにより軸端近傍に潤滑流体を圧送して回転部支持の負荷容量の大部分を発生させ，小さな軸径程度のスパイラルグルーブと協働して精密な浮上量制御を可能とした。精密加工が容易なスリーブ端部或いはカウンタープレートに循環路開口を設けて平坦な軸端とで可変開口を構成して実現している。  潤滑流体の流動速度は最小限に設定出来るので潤滑流体漏れの可能性を小に，軸損を低減し，その動圧流体軸受モータを用いて薄型で低消費電力の磁気ディスク装置を可能にする。【選択図】  図１
2005180467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも外周近傍で軸方向に実質的に直交する軸端面を有する円筒状軸と，軸と相対的に回転自在に嵌合する有底スリーブと，軸及びスリーブ間間隙に満たされた潤滑流体と，軸及びスリーブ間に磁気吸引力を発生させる磁気的手段とを有して構成される動圧流体軸受モータに於いて，軸表面或いはスリーブ内周面に軸端方向に潤滑流体の圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブを有すると共に軸端近傍と不平衡ヘリングボーングルーブの軸端より遠い側とを結ぶ循環路をスリーブ内に有し，有底スリーブの底部近傍には前記循環路の開口を有して回転に伴って軸方向に移動する軸端と協働して流路面積を変え，その流路面積の最小値が軸外周面とスリーブ内周面間の間隙で構成する流路断面積より小の流路断面積として潤滑流体流入面積を実質的に可変とする可変開口を構成し，回転中に不平衡ヘリングボーングルーブは回転部姿勢を保持する為のラジアルベアリング動圧を発生させると共に軸端方向に潤滑流体を圧送し，圧送された潤滑流体と前記可変開口とにより軸端近傍の潤滑流体圧力を増大せしめて回転部を軸方向に支持する軸方向負荷容量を得，磁気吸引力及び回転部に加わる重力と前記軸方向負荷容量とを平衡させ，軸径より大のスラストベアリングを有することなく回転部の浮上量を精密に制御する事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項２】
請求項１記載の動圧流体軸受モータに於いて，前記有底スリーブは円筒スリーブ材と円筒スリーブ材端面に固定するカウンタープレートとで構成して軸端近傍の循環路は円筒スリーブ材端面に設けた凹部チャネルとカウンタープレートとで構成し，前記凹部チャネルは微細精密加工技術であるエッチング或いはレーザ加工或いは放電加工或いは電解加工或いはイオンミリング或いは切削加工により形成して開口の位置及び寸法精度を確保して回転部の精密浮上量制御を容易にする事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項３】
請求項２記載の動圧流体軸受モータに於いて，スリーブ端面に設けられた凹部チャネルのスリーブ内周面での開口形状はスリーブ端面より軸方向に離れた位置での開口幅を大に形成して，回転部の浮上時に於ける軸方向剛性を向上して回転部の精密浮上量制御を容易にする事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項４】
請求項１記載の動圧流体軸受モータに於いて，前記有底スリーブは円筒スリーブ材と円筒スリーブ材端面に固定するカウンタープレートとで構成してカウンタープレートはスリーブ内周面の延長上となるスリーブ内径とをほぼ同寸法の円形凹部と円形凹部に接続されている凹部チャネルとを有し，前記円形凹部及び凹部チャネルは微細精密加工技術であるエッチング或いはレーザ加工或いは放電加工或いは電解加工或いはイオンミリング或いはプレス或いはモールド或いは切削加工によりカウンタープレート面に形成して開口の位置及び寸法精度を確保して回転部の精密浮上量制御を容易にする事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項５】
請求項４記載の動圧流体軸受モータに於いて，カウンタープレートに設けられた凹部チャネルの軸と対向する開口形状は表面の開口幅を大にして軸方向に離れた位置での開口幅を小に形成して，回転部の浮上時に於ける軸方向剛性を向上して回転部の精密浮上量制御を容易にする事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項６】
請求項１記載の動圧流体軸受モータに於いて，軸端或いはスリーブ底面にポンプインのスパイラルグルーブを有して軸端とスリーブ底面との距離にほぼ反比例する軸方向負荷容量を軸端近傍に発生させ，回転部支持の軸方向剛性を増した事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項７】
請求項６記載の動圧流体軸受モータに於いて，圧送された潤滑流体と実質的な可変開口とで発生する軸方向負荷容量の最大値を磁気吸引力に回転部重量を加えた値以上になるよう設定し，小径の軸で且つ軸径より大のベアリング部を有さずに正立，倒立，或いは横置き何れの姿勢においても回転部浮上を確実にして浮上量制御を可能にした事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項８】
請求項６記載の動圧流体軸受モータに於いて，圧送された潤滑流体と実質的な可変開口とで発生する最大の軸方向負荷容量を磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値及び磁気吸引力に回転部重量を加えた値の間に設定し，軸径より大のベアリング部を有さずに正立，倒立，或いは横置き何れの姿勢においてもスパイラルグルーブによる軸方向剛性を最大限に寄与させて回転部の精密な浮上量制御を可能にした事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項９】
請求項１記載の動圧流体軸受モータに於いて，循環路に接続されて潤滑流体が空気との界面を形成するよう徐々に間隙を大として軸及びスリーブ間間隙の潤滑流体を保持する為のテーパーシール部を有して大気に通じさせた通気孔を有し，潤滑流体が循環路を循環する過程で通気孔により潤滑流体中の気泡を大気に解放させることを特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項１０】
請求項９記載の動圧流体軸受モータに於いて，スリーブ内の循環路に接続されて通気孔出口をスリーブ端面に設けて潤滑流体へのアクセス孔とし，スリーブ端面のアクセス孔により潤滑流体の界面レベル監視及び潤滑流体注入を可能にすることを特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項１１】
請求項１０記載の動圧流体軸受モータに於いて，スリーブを内筒，外筒の二重筒構成とし，内筒の外周面を部分的に平坦面として，或いは外筒内周面に凹部を形成することにより内筒の外周面及び外筒の内周面間に軸方向の間隙を形成し，前記間隙断面に於ける狭間隙部を循環路，前記間隙断面に於ける広間隙部を通気部分として潤滑流体へのアクセス孔としたことを特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項１２】
請求項１１記載の動圧流体軸受モータに於いて，スリーブの内筒及び外筒間で形成する間隙部の広間隙部の間隙以下の径を有する円形開口を持つ封止板でスリーブ端面に露出した前記間隙部を封じて潤滑流体の漏れを阻止する事を特徴とする動圧流体軸受モータ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，動圧流体軸受モータに拘わり，特に高速回転，薄型の磁気ディスク装置（ＨＤＤ）に適した動圧流体軸受モータに拘わる。
【背景技術】
【０００２】
従来のＨＤＤ用動圧流体軸受は回転部の姿勢維持と共に軸方向位置を厳密に規制する必要から回転部の姿勢はラジアルベアリングで，軸方向位置はスラストベアリングで分担する構成であり，ラジアルベアリングの他に軸より大径のスラストベアリング部を有していた。
【０００３】
ＨＤＤの小型化傾向と共に動圧流体軸受モータも小型，薄型化に向かう環境下でラジアルベアリングスパンを確保する為に本発明者が先に発明したスラストベアリングをハブ裏面に形成するシングルスラスト構造が徐々に支配的になってきた。これは潤滑流体が流動摩擦する面積を減らして軸損低減，更には組み立て性改善等にも寄与している。
【０００４】
しかしながら，未だ残っている軸径より大きなスラストベアリング或はスラストプレートの存在は回転部の軸方向位置を規制する目的だけのために潤滑流体が高速で流動する領域を有し，遠心力による潤滑流体漏れの脅威を常に残すと共に軸損低減に難点を残すものであった。
【０００５】
スラストベアリング或はスラストプレートを持たずに軸とスリーブのみで回転部を精密に支持する動圧流体軸受を実現すれば上記諸問題を改善できるが，そのような構成は今日の軸受構成が支配的となる以前に種々開発が試みられていた。それらは，軸端中心で常に接触摺動する構成，軸端に小さなスパイラルグルーブを有して浮上させる構成，磁気反発力或は磁気吸引力で回転部を浮上支持させる構成，ラジアルベアリングの潤滑流体圧送（ポンピング）により軸方向の負荷容量を得る構成等である。
【０００６】
軸端を摺動回転させる第一の構成は，回転部重量が小さくなった今日ではかなり現実的にはなったが，それでも衝撃に対して軸方向のダンピングが利きにくい点及び衝撃が加わったことによる圧痕の影響等を考慮するとＨＤＤへの採用には適さない。
【０００７】
軸端に小さなスパイラルグルーブを有する第二の構成は，例えば特公昭４６−８０４６に提案されているが，小さな軸径の場合に低速回転で十分な負荷容量を得られないので浮上量が小さく，回転起動及び停止時の摺動距離が大となる弱点を有する。
【０００８】
磁気的な反発力或は吸引力を利用して回転部を支持する第三の構成は軸方向の位置精度が得られず，部品数増加等の課題があって小型のＨＤＤ応用には現実的で無い。
【０００９】
ラジアルベアリングの潤滑流体圧送能力を利用する第四の構成は有底スリーブの底部と軸端とで構成する間隙に潤滑流体を圧送して軸方向の負荷容量を得る。ラジアルベアリングの潤滑流体圧送は効率が良くしかも強力であるので回転体を支持するに十分ではあるが，浮上量の精密制御に難点がある。現実的な提案は２種有り，一つはスリーブ周壁に循環路の開口を有して浮上移動する軸端位置と併せて可変開口を形成させて浮上量制御をする構成，及び軸端とスリーブ間でオリフィスを構成して浮上量制御をする構成である。
【００１０】
第四の構成の前者は特公昭４８−４４９８に提案され，軸とスリーブ周壁に設けた循環路開口とで形成しているが，特開昭５８−２４６１５で指摘されるように循環路開口位置の精度を確保することが困難であり，ＨＤＤ用軸受として数ミクロンメートルレベルでの浮上量の均一性を得ることは難しい。
【００１１】
第四の構成の後者の構成は特開昭５８−２４６１５，特開昭５８−２４６１６，特開昭５８−５４２２３等の提案があって浮上量精度を改善しようとするが，軸とスリーブの径方向間隙より大の浮上量制御は困難である。現在のＨＤＤ用動圧流体軸受モータでは径方向間隙は２ミクロンメートル程度であり，軸方向の浮上量は５ミクロンメートル程度として衝撃，振動へのマージンを確保したいので製品への適用は難しい。
【００１２】
以上の理由から従来提案されていた上記の方式は何れも現在のＨＤＤには採用し難い。しかしながら，ラジアルベアリングは径方向の間隙が狭いので効率が良くまた強力であるので第四の構成を改善する事により回転部浮上量の高精度制御実現の可能性がある。
【００１３】
【特許文献１】特公昭４６−８０４６「流体摺動軸受装置」
【００１４】
【特許文献２】特公昭４８−４４９８「心向及び軸向荷重に対する流体力学摺動軸受」
【特許文献３】特開昭５８−２４６１５「動圧形流体軸受装置」
【特許文献４】特開昭５８−２４６１６「動圧形流体軸受装置」
【特許文献５】特開昭５８−５４２２３「動圧形スピンドル装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで本発明の目的は，軸径より大のスラストベアリングを持たずに回転部の浮上量を精密に制御して高速回転，薄型化，低軸損化，低コスト化等を可能とする動圧流体軸受モータを実現し，薄型で低消費電力の磁気ディスク装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による動圧流体軸受モータの基本概念は，相対的に回転自在に嵌合する円筒状の軸及び有底スリーブと，軸及びスリーブ間間隙の潤滑流体と，回転部及び固定部間に磁気吸引力を発生させる磁気的手段とを有して構成される動圧流体軸受モータに於いて，軸表面或いはスリーブ内周面にスリーブ底部方向に圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブを有すると共に軸端近傍と不平衡ヘリングボーングルーブの軸端より遠い側とを結ぶ循環路を軸内或いはスリーブ内に有し，軸とスリーブ間の間隙で構成する流路断面積より小の流路断面積のオリフィスによる第一の軸方向負荷容量発生手段を循環路内に有すると共に軸端部近傍に浮上量依存の第二の軸方向負荷容量発生手段を有し，不平衡ヘリングボーングルーブは回転部姿勢を保持する為のラジアルベアリング動圧を発生させると共にスリーブ底面側に潤滑流体を圧送し，第一及び第二の軸方向負荷容量と磁気吸引力及び回転部重量とを平衡させて回転部を所定の浮上量に制御する事を特徴とする。
【００１７】
有底スリーブを円筒スリーブと端面に固定するカウンタープレートとで構成し，循環路の一部をスリーブ端面及びカウンタープレート間に形成した凹部チャネルで構成する。凹部チャネルの断面である循環路開口と軸端外周部とにより回転部の浮上量に応じて変化する可変開口を構成し，第一及び第二の軸方向負荷容量発生手段を兼ねて浮上量の精密制御を実施する。スリーブ端面或いはカウンタープレート面の凹部チャネルは諸種の微細加工技術を利用して形成できるので開口断面及び位置は高精度であり従来構造で浮上量の精密制御が出来ないとの欠陥を克服できる。
【００１８】
さらに軸端或いはスリーブ底部にポンプインのスパイラルグルーブを構成し，実質的な可変開口と併せて浮上量制御を行う事で軸方向の支持剛性を高め精密な浮上量制御を可能にする。その場合に可変開口のみによる最大の軸方向負荷容量を磁気吸引力及び回転部重量の和にほぼ等しくなるようにパラメーターを設定すれば，低速回転或いは小軸径等の理由でスパイラルグルーブによる負荷容量が小さい場合でも回転部の浮上を確実に出来る。
【００１９】
スリーブ内の循環路に接続されて潤滑流体が空気との界面を形成するよう徐々に間隙を大としてスリーブ端面で大気に通じさせた潤滑流体へのアクセス孔を設けると，スリーブ端面のアクセス孔により潤滑流体の界面レベル監視，潤滑流体注入等を容易にする事が出来る。さらに潤滑流体内に気泡が混入している場合には循環路内を潤滑流体と気泡とが循環する過程で確率的に気泡が前記アクセス孔内の大気との界面から解放され，時間と共に潤滑流体内の気泡を除去出来る。
【発明の効果】
【００２０】
ラジアルベアリングを不平衡のヘリングボーングルーブとして潤滑流体を軸端部に圧送して回転部支持の負荷容量の大部分を発生させる。径方向の間隙は小さく，また管理しやすいのでエネルギー効率は良く，強力でもあって小さな軸径程度のスパイラルグルーブと協働して精密な浮上量制御を可能とする。
【００２１】
本発明では精密加工が容易なスリーブ端部或いはカウンタープレートに循環路開口を設けて軸端移動と併せて実質的な可変開口を構成した。
【００２２】
またスリーブ内の循環路に連続して大気との界面を有するアクセス孔を持つ構造は大気圧下でのオイル注入及びレベル管理が容易で軸受け部の組み立て工程をシンプルにしてさらなる低コスト化を可能にする。
【００２３】
上記動圧流体軸受モータを用いる事により薄型化及び軸触れ小による高トラック密度記録化及び低軸損による低消費電力化の特徴を有する磁気ディスク装置が実現出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明による動圧流体軸受モータについて，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明するが，本発明の実施例を説明する前に本発明の新規性を容易に理解できるように従来構造例を図１０，１１に示して説明する。
【００２５】
図１０は特公昭４８−４４９８に提案された構造で，ラジアルベアリングで潤滑流体を圧送（ポンピング）して回転部を軸方向に浮上させて位置制御する。同図に於いて，円筒軸１０１はスリーブ１０２と微小間隙を有して対向し，その先端部１０４は円錐状として静止時にはスリーブ１０２の底面に接している。円筒軸１０１の表面には回転時にスリーブ１０２底面方向に潤滑流体を圧送するスパイラルグルーブ１０３を配置し，スリーブ１０２の内周面には開口１０７を有する循環路１０６を構成する。開口１０７には円筒軸１０１が微小間隙で対向して実質的な可変開口を形成している。
【００２６】
円筒軸１０１が回転すると，スパイラルグルーブ１０３は潤滑流体をスリーブ１０２底面方向に圧送して圧力室１０５における潤滑流体の圧力を高めるので円筒軸１０１は押し上げられ，開口１０７の潤滑流体流入面積は大となって循環路１０６に流入する潤滑流体は増え，圧力室１０５の潤滑流体圧力は下がるので円筒軸１０１を含む回転部の重量を支える位置で浮上量は安定する。
【００２７】
一般にラジアルベアリングは径方向の間隙管理が容易で効率的かつ強力であるのでかなり大きな回転部重量でも対応できる。しかしながら，図１０の従来例では開口１０７に対向する円筒軸１０１とその先端部１０４との境界及び円錐状テーパー面の角度等は精密に制御することは困難であり，また開口１０７のスリーブ１０２底面からの位置精度を出し難いこと等の欠点は特開昭５８−２４６１５に指摘される通りであって回転部浮上量の精密制御は出来ない。今日のＨＤＤでは回転部浮上量を５ないし１０ミクロンメートルの範囲に制御することを要求されるが，適合させ難い構造である。
【００２８】
図１１は特公昭４８−４４９８を改善させたとする特開昭５８−２４６１６の構造例を示す。同図に於いて，円筒軸１１１は外周面に図１０と同様なスパイラルグルーブを有し，微小間隙でスリーブ１１２と対向すると共に軸端ではスリーブ１１２に固定されたボール１１３に対向する。円筒軸１１１内には循環路１１４を有してその開口１１５は円筒軸１１１の軸端に設けられている。
【００２９】
静止時に円筒軸１１１の軸端はボール１１３に接触して開口１１５をほぼ塞ぎ，円筒軸１１１が回転すると図示していないスパイラルグルーブは潤滑流体を軸端方向に圧送し，開口１１５がボール１１３により塞がれているので圧力室１１６に於ける潤滑流体の圧力を高め，円筒軸１１１を含む回転部を軸方向に浮上させる。円筒軸１１１の軸端がボール１１３から離れると開口１１５に流入する潤滑流体の量は増えて圧力室１１６の潤滑流体圧力は減少するので回転部重量を支持する適当な位置で円筒軸１１１は浮上する。
【００３０】
円筒軸１１１の浮上量により軸端とボール１１３との間で可変開口が形成されるのであるが，制御可能な浮上量は円筒軸１１１とスリーブ１１２との径方向間隙と同程度の値に限られる。ＨＤＤの動圧流体軸受モータで径方向間隙はほぼ２ミクロンメートル程度に設定され，軸方向の浮上量は想定される衝撃力及び使用温度範囲等を考慮して常温で５ないし１０ミクロンメートル程度に設定したいが，それには適当な方法と成らない。
【００３１】
以上，図１０，１１を用いて説明したように従来から知られているラジアルベアリングにより回転部の浮上位置を制御する方法では浮上量位置精度が不足する，或いは制御可能な浮上量範囲が適当でない等の理由が有ってそのままではＨＤＤに適用できない。本発明はそれら従来構造の欠点を改善して軸とスリーブのみで構成するシンプルなベアリング構成によってもＨＤＤに適用可能な動圧流体軸受を実現する。
【実施例１】
【００３２】
図１は本発明の第一の実施例であるＨＤＤ用動圧流体軸受モータの縦断面及びスリーブ端面の図を示す。同図に於いて，動圧流体軸受は主として軸１１，スリーブ１２，カウンタープレート１３，間隙に充填される潤滑流体等より構成され，軸１１はディスク搭載面を有するハブ１４に，さらにハブ１４にはローターマグネット１６が固定されて回転部を構成し，スリーブ１２はベースプレート１５に，ベースプレート１５には回転駆動用のステータコア１７，コイル１８等を含んで固定部を構成する。番号１９はローターマグネット１６に対向してベースプレート１５に固定される磁性体片で，回転部を軸方向に吸引する磁気吸引力を発生させる。番号１ｋは回転部の軸方向偏倚を規制する為の抜け止めである。
【００３３】
スリーブ１２は軸１１と対向する内周面に不平衡なヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂを有し，循環孔１ｄ，１ｆ，アクセス孔１ｈを有する。軸１１の端面にはポンプインのスパイラルグルーブ１ｃを有する。循環孔１ｄ，１ｆは直径０．４ミリメートル程度の小孔で構成し，アクセス孔１ｈは循環孔１ｄと連続して次第に径を大にしながらスリーブ１２の上端面に開口する。循環孔１ｆは不平衡ヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂ間に通じる小孔で，軸端部に通じる凹部チャネル１ｅ及び循環孔１ｄとで潤滑流体の循環路を形成する。
【００３４】
凹部チャネル１ｅはスリーブ端面にエッチング技術により精密に形成する。その寸法は軸受けの大小及び回転部重量等により異なるが，幅は数十から数百ミクロンメートル，深さは高々４０ミクロンメートル程度である。他に放電加工，電解加工，イオンミリング，精密切削等が使用可能である。
【００３５】
軸１１とスリーブ１２とは２ミクロンメートル程度の微小間隙を有して対向し，その間隙には潤滑流体を有するが，微小間隙の上端部では間隙が大となるよう軸１１を縮径したシール部１ｊを有する。潤滑流体はシール部１ｊ及びアクセス孔１ｈに於いて表面張力により空気との界面を有して実質的に封じられる。番号１ｇはアクセス孔１ｈにおける潤滑流体の界面を示す。
【００３６】
ヘリングボーングルーブは回転と共に潤滑流体を逆方向に圧送する二つのスパイラルグルーブの組み合わせで構成するが，不平衡ヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂはスリーブ１２底部側のスパイラルグルーブの長さを短くして構成し，回転時にスリーブ１２底部方向に潤滑流体を圧送する。スリーブ１２に設けられた不平衡ヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂの形状は図３を用いて説明する。図３はスリーブ１２を縦に分割して斜視図として示し，内周面に形成した上下ヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂが示されている。動圧発生用グルーブの形状寸法は間隙，潤滑流体粘度，目標性能等によって異なるが，上下のヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂは通常深さ６ミクロンメートル程度に形成する。下部ヘリングボーングルーブ１ｂは軸方向の長さがＬ１，Ｌ２のスパイラルグルーブより構成され，下方に潤滑流体圧送能力を持たせるために図に示すようにＬ１をＬ２より大に設定する。番号３１は軸１１の回転方向を示す。番号１ｆはスリーブ１２内に設けた循環孔の出口を示す。
【００３７】
磁性体片１９は珪素鋼板，フェライト，パーマロイ等の磁性体で構成してローターマグネット１６と協働して回転部と固定部間に磁気吸引力を発生させるが，磁気吸引力の目安は搭載する磁気ディスク，ハブ１４，ローターマグネット１６，軸１１等を含む回転部重量の３から５倍程度に設定する。磁性体片１９のみで磁気吸引力が不足する場合にはステータコア１７とローターマグネット１６の位置を軸方向に変位させて磁気吸引力を発生させ，或いは軸１１先端に磁石を埋め込みカウンタープレート１３を磁性体として磁気吸引力を補う。
【００３８】
図２はスリーブ１２の端面と軸１１の端部とを示して図１の補足説明をする為の斜視図である。同図に於いて，スリーブ１２端面に形成された凹部チャネル１ｅはスリーブ１２内周面にほぼ長方形の開口２１を有し，軸１１の端面には回転と共に潤滑流体を軸芯方向に圧送するポンプインのスパイラルグルーブ１ｃを有する。図２では見やすいように軸１１は通常の使用時より奥に配置して示している。
【００３９】
軸端の中心は番号２２で示す点であるが，スパイラルグルーブ１ｃの中心は番号２３で示すように軸端中心２２より僅かにずらしてある。これはスパイラルグルーブ１ｃによって形成する潤滑流体の圧力分布が軸対称であると，軸中心に気泡が滞留しやすいことを考慮した構造である。
【００４０】
また，回転起動時及び停止時に軸端はカウンタープレート１３と接触摺動するが，損傷を避ける為にカウンタープレート１３表面には二流化モリブデンを主とする固体潤滑剤を１０ミクロンメートル程度塗布する。二流化モリブデンの他にＤＬＣを数ミクロンメートル形成しても摺動抵抗を減じて摩耗対策に効果がある。
【００４１】
軸１１の外周部はスリーブ１２の内周面と２ミクロンメートル程度の間隙を有するのみであり，また軸１１の端面は少なくとも外周近傍で軸１１とは直交するよう形成するので実質的に開口２１を塞ぎ，軸１１の浮上と共に開口２１の開口面積を変化させで可変開口を形成する。開口２１はスリーブ１２端面の凹部チャネル１ｅの断面として形成されるので位置及び形状寸法の制御は容易である。潤滑流体は不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂ，凹部チャネル１ｅ，循環孔１ｄ，１ｆを循環するが，凹部チャネル１ｅが軸１１で塞がれた時の実質的な潤滑流体の最小流入面積は軸１１とスリーブ１２で形成する間隙長と軸１１外周長との積よりは当然に小さくなるように設定しなければならない。逆の場合は可変開口以前での流路抵抗が大となり，可変開口の効果が減殺される。
【００４２】
軸１１と開口２１とで形成する可変開口２１は浮上量と共に減少する第一の軸方向負荷容量を，軸端のスパイラルグルーブ１ｃは浮上量と共に減少する第二の軸方向負荷容量を発生させるが，本発明の第一の実施例では第一の軸方向負荷容量の最大値を磁気吸引力に回転部重量を加えた値以上に設定する。その趣旨と動作原理とを図４を用いて説明する。
【００４３】
静止時には主として磁気吸引力により軸１１はカウンタープレート１３に接触している。回転起動と共にスパイラルグルーブ１ｃは軸端とカウンタープレート１３間の潤滑流体を軸芯方向に圧送して第二の軸方向負荷容量を発生させ，同時に不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂは潤滑流体を軸端方向に圧送して第一の軸方向負荷容量を発生させる。不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂによって圧送された潤滑流体は凹部チャネル１ｅ，循環孔１ｄ，１ｆ等で形成する循環路を介して不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂの軸端より遠い側に環流する。一方不平衡ヘリングボーングルーブ１ａも軸端方向に潤滑流体を圧送して不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂに供給して起動時の速やかな浮上を助け，定常回転では不平衡ヘリングボーングルーブ１ａの不平衡が解消される程度に潤滑流体界面を移動させる。
【００４４】
図４は横軸に浮上量ＦＨを，縦軸に軸方向負荷容量ＬＣを示して回転部の位置制御が為される動作原理を説明する。同図に於いて，番号４１は不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂと可変開口とで発生する第一の軸方向負荷容量を示している。浮上量がゼロの時に最大値を示し，浮上量の増大と共に徐々に減少する。番号４２は軸端のスパイラルグルーブ１ｃによる第二の軸方向負荷容量を，番号４３は第一及び第二の軸方向負荷容量の和をそれぞれ示す。
【００４５】
ＨＤＤは図１に示す正立でも或いは上下逆にした倒立でも更には横置きでも使用され，モバイル用途では更に振動が加わる場合がある。この点がポリゴンスキャナー，ＶＣＲ等の使用条件と大きく異なる点であり，設計仕様に関して考慮しなければならない点である。回転部と固定部間に加えられる力は姿勢によってその重量分が変化し，図１に示すような正立であれば磁気吸引力に回転部重量を加えた値が，倒立であれば磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値が対応する。
【００４６】
番号４４は磁気吸引力に回転部重量を加えた値を，番号４５は磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値を示している。したがって，正立では番号４４と番号４３とが交差する位置の浮上量ｆ１に，倒立では番号４５と番号４３とが交差する位置の浮上量ｆ２となる。
【００４７】
正立及び倒立ではこのように浮上位置が異なるが，本発明の第一の実施例では第一の軸方向負荷容量の最大値を磁気吸引力に回転部重量を加えた値以上に設定する。第一の軸方向負荷容量の最大値はＦＨがゼロになる時の点線４１の示す値である。したがって軸１１の径が小さく，第二の軸方向負荷容量を十分に大きくできない場合でも回転部の浮上を確実にすることが出来る。もちろん，スパイラルグルーブ１ｃを有しない場合でも本発明の趣旨により浮上量の精密制御が可能である。しかし，振動，衝撃等の外部条件による浮上量変動を小さくする為に剛性値（ＬＣ／ＦＨ）を可能な限り大とする目的で図４から明らかなようにスパイラルグルーブ１ｃによる第二の軸方向負荷容量を寄与させる構成が望ましい。
【００４８】
本実施例では循環孔１ｄに連続するアクセス孔１ｈを有して潤滑流体の界面を有する構造とした。不平衡ヘリングボーングルーブ１ａは回転中に潤滑流体を軸端方向に圧送して回転浮上に伴って容積が大となった軸端部に潤滑流体を収容させ，それに伴って不平衡ヘリングボーングルーブ１ａの不平衡を解消する位置に潤滑流体界面を移動させる。その際軸端部で過不足を生じた潤滑流体はアクセス孔１ｈに於ける潤滑流体で調整する構造である。アクセス孔１ｈは必須ではないが，潤滑流体調整で重要な役割を持ち，各部の寸法公差を軽減して製造容易とする役割がある。
【００４９】
回転中に不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂは潤滑流体を循環路を介して常に循環させ，循環路はアクセス孔１ｈに連結して大気開放されているので初期に潤滑流体中に気泡が混入しても循環路を介して循環する過程で気泡は確率的にアクセス孔１ｈから大気に逃げ，潤滑流体から気泡が排除される。したがって，組み立て工程での潤滑流体注入は大気圧下で実施可能であり，組み立て後にアクセス孔１ｈから潤滑流体の界面１ｇの監視或いは潤滑流体の追加注入等が可能である。
【００５０】
アクセス孔１ｈに対応してハブ１４に観察する為の小孔を設ければ完成後にも随時潤滑流体の監視が出来るし，アクセス孔１ｈを図１とは逆の底部側に設けるよう修正すればＨＤＤ外部から潤滑流体の監視が可能となる。
【００５１】
アクセス孔１ｈ及び循環路１ｄ，１ｆ等での最小間隙には特に留意する必要がある。潤滑流体の大気との界面はシール部１ｊ及びアクセス孔１ｈとで静止時には同じ曲率を有して平衡に達するのでアクセス孔１ｈに於ける最小間隙が大きすぎると潤滑流体漏れを起こしやすい。アクセス孔１ｈ内に間隙調整用部材を配置して最小間隙を調整する事が出来るが，第三の実施例はその点を容易にする。
【００５２】
シール部１ｊ及びアクセス孔１ｈでは潤滑流体を表面張力により効果的に封止するが，シール部１ｊ及びアクセス孔１ｈを構成する面には撥油剤を塗布して潤滑流体のマイグレーションによるシミ出しを止める。また抜け止め部１ｋに於いて回転部と固定部との摺動摩擦は通常発生しないが，過大な振動衝撃が印可された場合には接触する可能性がある。その場合に摩耗粉が発生する事は好ましくなく，対処策として一方の部材を硬質部材で構成する，或いはＤＬＣ，二流化モリブデン等固体潤滑剤を塗布しておく事が望ましい。
【実施例２】
【００５３】
図５は本発明の第二の実施例を説明する為の図である。動圧流体軸受モータ全体の構成は図１，図２，図３に示した第一の実施例と同一であり，磁気吸引力，回転部重量，第一の軸方向負荷容量の関係を変えることで第二の実施例としている。すなわち，第一の軸方向負荷容量の最大値を［磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値］及び［磁気吸引力に回転部重量を加えた値」の間に設定して第二の実施例とする。スパイラルグルーブ１ｃによる軸方向の支持剛性を最大限に寄与させて精密な浮上量制御を可能にする特徴がある。
【００５４】
図４及び図５に於ける各番号４１，４２，４３，４４，４５の示す意味は全く同一であるが，それらの設定条件が異なる。番号４１は第一の軸方向負荷容量を示し，その最大値（ＦＨがゼロの時の値）は番号４４及び番号４５の間に設定される。したがって，正立では図５において番号４４と番号４３とが交差する位置の浮上量ｆ３に，倒立では番号４５と番号４３とが交差する位置の浮上量ｆ４となる。第一の実施例に比してスパイラルグルーブ１ｃによる近接反力がより比重を増して剛性値（ＬＣ／ＦＨ）を大とするが，軸１１径が大或いは回転速度が大の条件に適している。
【実施例３】
【００５５】
図６は本発明の第三の実施例を説明する為の図で動圧流体軸受モータの縦断面図及びスリーブ端面の平面図をそれぞれ示す。第三の実施例は第一の実施例とは動作原理を同じくし，スリーブ構造が主に異なる。図６には図１と異なる部分のみ番号を変えて示している。
【００５６】
図６に於いて，スリーブは内筒６１，外筒６２の二重構造とし，内筒６１の外周面の一部を平坦化して内筒６１，外筒６２間に断面が三日月状の間隙を形成し，図１に於ける循環路１ｄ及びアクセス孔１ｈの機能を持たせる。すなわち間隙の断面は三日月状として両端に狭間隙部６４，中央は０．３ミリメートル程度以上の広間隙部６５とする。この間隙部の一端が潤滑流体に接すると，表面張力により潤滑流体は両端の狭間隙部６４に集中し，中央の広間隙部６５は大気の通路となる。図６においては不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂに環流する循環路１ｆは前記狭間隙部６４から形成するので潤滑流体は凹部チャネル１ｅ，狭間隙部６４，循環路１ｆを介して不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂに環流する。
【００５７】
図６の下部には内筒６１及び外筒６２で構成されたスリーブ端面が示され，狭間隙部６４，広間隙部６５，凹部チャネル１ｅが示されている。
【００５８】
狭間隙部６４はスリーブの上端面まで連続しているので潤滑流体がスリーブ上端面からしみ出す可能性がある。懸念される量であれば，狭間隙部６４のスリーブ上端近傍に撥油剤を塗布する，比較的粘度の高い接着剤でスリーブ上端近傍の狭間隙部６４に充填する等で回避出来る。さらに完全を期するには封止板６３を用いる。
【００５９】
封止板６３は透明な薄板でスリーブの上端面で内筒６１及び外筒６２間の間隙部を覆うように配置する。図７の下部にスリーブ上端面の図を示すように封止板６３は前記間隙部の広間隙部６５に対応する位置に直径０．３ミリメートル程度以上の円孔７１を有する。円孔７１が表面張力によるシール部を形成して潤滑流体のシミ出しを防ぐ。封止板６３は透明板であるので狭間隙部６４に於ける潤滑流体を視認出来，境界の位置により潤滑流体の多寡を知る事が出来る。
【００６０】
実施例１及び２に於けるアクセス孔１ｈの最小間隙の管理が潤滑流体封止の観点から重要であり間隙調整用の部材を要する可能性があった。本実施例のように内筒６１及び外筒６２間に間隙部を設ける構造でば，その間隙部に於ける最小間隙を容易に０．１ないし０．２ミリメートル程度に設定管理が出来，潤滑流体封止能力を向上出来る。
【００６１】
スリーブを上記のように二重筒構成としてその間の間隙として循環路と通気孔を形成する構造は間隙部の寸法管理を容易とするが，内筒６１の外径及び外筒６２の内径管理は精密さを要しコストアップとなりかねない。この外筒６２を樹脂で構成し，さらに外筒６２の内径を内筒６１の外径より僅かに小として外筒６２の弾性或いは両者間の温度膨張差を利用して内筒６１及び外筒６２を組み立てる事で改善出来る。その際には内筒６１外周面の一部を平坦として間隙部を構成する代わりに外筒６２の内周面に型成形により間隙部を構成しても良い。
【実施例４】
【００６２】
図８及び図９は本発明の第四の実施例を説明する為の図で動圧流体軸受モータの縦断面図及びカウンタープレートの詳細構造図をそれぞれ示す。図１に示す第一及び第二の実施例とはスリーブ構造と軸端近傍が，図６に示す第三の実施例とは軸端近傍の循環路構造が異なり，相違する部分を中心に構成を説明する。図８，９に於ける各部の番号も同一形状の部分には図１，図６と同一の番号を付している。
【００６３】
特に図６と図８の相違点はスリーブ端とカウンタープレート構造であり，スリーブ端面に設けた凹部チャネル１ｅをカウンタプレート８３側に設けている。図８に於いて，スリーブは内筒８１及び外筒８２とより構成され，それらの間に狭間隙部６４，広間隙部６５及び循環孔１ｆを有する事は同じであるが，軸方向の長さが若干短く構成され，その分カウンタープレート８３が図６のカウンタープレート１３より厚くしてある。カウンタープレート８３にはスリーブ内筒８１の内周面の延長として軸１１を収容する円形凹部８５が形成され，円形凹部８５と狭間隙部６４とに接続されるように凹部チャネル８４が形成される。図８では凹部チャネル８４は２カ所に形成されている。図８下部に於いて，番号８６は内筒８１及び外筒８２の境界，番号６４は狭間隙部，番号６５は広間隙部がカウンタープレート８３表面にそれぞれ当接する位置を示す。
【００６４】
図９（ａ）はカウンタープレート８３の平面図を，図９（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’で示した凹部チャネル８４の開口部断面図を示している。番号９１は凹部チャネル８４の開口部を，番号９２は開口部９１の断面形状をそれぞれ示している。
【００６５】
動作原理は図６に示す第三の実施例と同じであるので説明は省略する。カウンタープレート８３に円形凹部８５及び凹部チャネル８４を形成する方法は図６での凹部チャネル１ｅの加工形成と同一であり，スリーブより薄いカウンタープレート８３上に形成するので加工は図６の場合より容易であり，精度も出しやすい。
【００６６】
第一，第二，第三の実施例に於いて，回転部の浮上力のかなりの部分はラジアルベアリング１ｂが潤滑流体を軸端方向へ圧送する能力と軸端近傍に於ける可変開口とで生成する潤滑流体圧力に依存している。動作原理から容易に判明するように回転部が上下方向への加速度を受けた場合に所定の浮上位置範囲に留めようとする軸方向剛性は軸端近傍のスパイラルグルーブ１ｃの寄与分を別に考えるとして［開口部面積変化量］／［軸端位置変化量］に比例する。従って本発明を具現化する上で回転部の浮上位置精度を確保するには回転部の所定浮上位置近傍に於いて，［開口部面積変化量］／［軸端位置変化量］が所定の値となるよう凹部チャネル１ｅ，８４の開口部形状を設定する事であり，所定の浮上位置からさらに浮上して軸端が図１，図６，図８に於いて上方に移動した時に開口部断面積が急激に大となる構成である。
【００６７】
図１，図６では凹部チャネル１ｅをスリーブ端面側から彫り込む形で形成するのでその場合には凹部チャネル１ｅの表面での幅を小さく，奥で幅を大にする加工を必要とする。勿論このような加工はエッチング，スパッタリング或いは他の微細加工技術に於いて実現可能である。しかしながら，回転部の各浮上位置に於いて，［開口部面積変化量］／［軸端位置変化量］を変え，回転部浮上位置を精密に制御しようとする場合には凹部チャネル１ｅの開口部断面形状をさらに精密に形成する要求が出るが，現在の微細加工技術では限界がある。図８，図９に示す第四の実施例はこのような局面で有効な構造である。すなわち，凹部チャネル８４をカウンタープレート８３表面に形成してその開口部９１の断面を番号９２で示すように表面で幅を大に，奥で幅を小に形成する事によって上記条件を満たす事が出来，この場合には図１，図６の場合に比して断面形状制御の加工は容易となる。また精密プレス，或いは樹脂の精密モールドによっても上記カウンタープレート８３は容易に製造可能となる。
【００６８】
上記実施例の説明に於いて，循環路開口を軸端部外周に配置して軸端のグルーブはポンプインのスパイラルグルーブで構成した。これは軸端のスパイラルグルーブに最大限の能力を発揮させ，循環路内のオリフィス或いは可変開口による負荷容量制御を容易にするよう相互の干渉を少なくした構成である。
【００６９】
第一の実施例から第四の実施例まで動圧流体軸受モータは全て軸回転構造を例に挙げて本発明の具体的な構造例及び動作原理等を説明した。しかし，本発明の趣旨の範囲内で軸を固定し，スリーブ側を回転駆動する構造にも適用出来ることは明らかである。ただ，スリーブ側に循環路を持つ場合には循環路内の潤滑流体に遠心力を作用させることになり，軸回転構造より潤滑流体漏れの可能性が高くなる。
【００７０】
さらに上記実施例でスラストベアリングは軸端部のスパイラルグルーブとして動作原理及び効果を説明したが，その他の構造，例えばスラストベアリングをスリーブ端面に構成した構造等にも適用できる事は明らかで浮上回転を速やかにして摺動摩耗低減に効果がある。
【００７１】
上記実施例の動圧流体軸受モータを用いた磁気ディスク装置の全体構造までは示さなかったが，磁気ディスク装置の縦断面構造をほぼ決めるに至る動圧流体軸受モータの縦断面構造を示した事で磁気ディスク装置の薄型構造は規定されている。このように本実施例では軸径より大のスラストベアリングを有さずとも磁気ディスクを含む回転部の浮上回転を高精度に支持できることを示した。上記動圧流体軸受モータを用いる事により薄型で低消費電力の磁気ディスク装置を実現できる。
【００７２】
以上，本発明を実施例を挙げてその動作原理及び構造を説明した。上記実施例は本発明の動作原理を説明するために数例を挙げたのみであって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で材料及び構造等の変形が可能なことはもちろんである。例えば，上記実施例で採用した循環孔に続く大気への通気部分で潤滑流体中の気泡除去が可能であることから潤滑流体の注入を大気圧下で行い，所定時間の回転で脱気を行わせるような工程を採用することも可能である。さらにまたそれらアクセス孔を利用して使用途次での潤滑流体交換，及び潤滑流体追加等を行って動圧流体軸受モータ及び磁気ディスク装置の可動可能な時間を延ばすことも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の動圧流体軸受モータに依れば，軸径より大のスラストベアリングを有することなく回転部の浮上量を精密に制御可能とする動圧流体軸受モータを実現できる。潤滑流体の流動速度は最小限に留め得るので潤滑流体漏れの可能性を小にし軸損を低減させる。さらに本発明では潤滑流体中の気泡除去を回転中に可能とするので組み立て工程をシンプルとして低コスト化を可能にする。特に薄型で低消費電流の磁気ディスク装置に最適となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】第一の実施例である動圧流体軸受モータの縦断面及びスリーブ端面を示す。
【図２】図１に於けるスリーブ１２の端面と軸１１の端部とを示す。
【図３】図１に於けるスリーブ１２を縦に分割して斜視図として示す。
【図４】第一の実施例に於いて回転部の浮上位置を説明する為の図を示す。
【図５】第二の実施例に於いて回転部の浮上位置を説明する為の図を示す。
【図６】第三の実施例である動圧流体軸受モータの縦断面及びスリーブ端面を示す。
【図７】図６に於ける封止板６３の構成を示す。
【図８】第四の実施例である動圧流体軸受モータの縦断面及びカウンタープレートを示す。
【図９】図８に於けるカウンタープレートの形状詳細を示す。
【図１０】従来技術の例として特公昭４８−００４４９８に記載された構造を示す。
【図１１】従来技術の例として特開昭５８−０２４６１６に記載された構造を示す。
【符号の説明】
【００７５】
１１・・・軸，                            １２・・・スリーブ，
１３・・・カウンタープレート，            １４・・・ハブ，
１５・・・ベースプレート，                １６・・・ローターマグネット，
１７・・・ステータコア，                  １８・・・コイル，
１９・・・磁性体片，
１ａ，１ｂ・・不平衡なヘリングボーングルーブ，
１ｃ・・・スパイラルグルーブ，            １ｄ，１ｆ・・循環孔，
１ｅ・・・凹部チャネル，                  １ｇ・・・潤滑流体の界面，
１ｈ・・・アクセス孔，                    １ｊ・・・シール部，
１ｋ・・・抜け止め，
２１・・・開口，                          ２２・・・軸端中心，
２３・・・スパイラルグルーブの中心，
３１・・・軸１１の回転方向，
４１・・・第一の軸方向負荷容量，          ４２・・・第二の軸方向負荷容量，
４３・・・第一及び第二の軸方向負荷容量の和，
４４・・・磁気吸引力に回転部重量を加えた値，
４５・・・磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値，
６１・・・内筒，                          ６２・・・外筒，
６３・・・封止板，                        ６４・・・狭間隙部，
６５・・・広間隙部，
７１・・・円孔，
８１・・・内筒，                          ８２・・・外筒，
８３・・・カウンタープレート，            ８４・・・凹部チャネル，
８５・・・円形凹部，                      ８６・・・内筒８１及び外筒８２の境界，
９１・・・凹部チャネル８４の開口部，      ９２・・・開口部の断面形状，
１０１・・・円筒軸，                      １０２・・・スリーブ，
１０３・・・スパイラルグルーブ，          １０４・・・先端部，
１０５・・・圧力室，                      １０６・・・循環路，
１０７・・・開口，
１１１・・・円筒軸，                      １１２・・・スリーブ，
１１３・・・ボール，                      １１４・・・循環路，
１１５・・・開口，                        １１６・・・圧力室
【図１】
2005180467.tif 000003
【図２】
2005180467.tif 000004
【図３】
2005180467.tif 000005
【図４】
2005180467.tif 000006
【図５】
2005180467.tif 000007
【図６】
2005180467.tif 000008
【図７】
2005180467.tif 000009
【図８】
2005180467.tif 000010
【図９】
2005180467.tif 000011
【図１０】
2005180467.tif 000012
【図１１】
2005180467.tif 000013