(57)【要約】【課題】  浮上ブースタを有し，低速回転から速やかな浮上を可能として摺動摩耗を低減し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循環路内のオリフィスと協働して回転部支持の負荷容量の大部分を発生させる浮上ブースタとする。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。  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６
2005180468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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，スラストベアリング用グルーブと軸表面或いはスリーブ内周壁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とを少なくとも有し，軸内或いはスリーブ内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の間を結ぶ循環路を有してさらに循環路は軸及びスリーブ間の径方向間隙で構成する流路断面積より少なくとも静止時には小となる流路断面積のオリフィスを有するとし，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循環路内のオリフィスとで高められる潤滑流体圧力により回転部を軸方向に支持する第一の軸方向負荷容量は定常回転時に於いて磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値以下に設定し，回転中にスラストベアリング用グルーブは潤滑流体圧力を高めて回転部を軸方向に支持する第二の軸方向負荷容量を得，第一の軸方向負荷容量及び第二の軸方向負荷容量の和と磁気吸引力及び回転部に加わる重力とを平衡させて回転部を所定の浮上量に制御するとし，正立，倒立，或いは横置き何れの姿勢においても確実に回転部を浮上回転させ，さらに起動停止時の摺動距離を小と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，スラストベアリング用グルーブは軸端或いはスリーブ底面に形成するスパイラルグルーブとし，循環路開口が軸端外周近傍にある場合はポンプインのスパイラルグルーブ，循環路開口が軸端中心近傍にある場合はポンプアウトのスパイラルグルーブと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１記載の動圧流体軸受モータに於いて，循環路内のオリフィスの一部或いは全部を弾性体で構成し，起動停止時の潤滑流体の圧力小の条件では実質的なオリフィス流路断面積を小に，定常回転時の潤滑流体の圧力大の条件では弾性体変形により流路断面積を大とし，低速回転時の大きな流路抵抗と軸端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とで速やかな圧力増大を実現すると共に定常回転時に於ける圧力の上限値を設け，起動停止時の摺動距離を小とすることを特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項４】
請求項３記載の動圧流体軸受モータに於いて，循環路の一部をカウンタープレートに設けた凹部チャネルとしてその開口部を軸端外周近傍と対向する部分に有し，凹部チャネルの一部或いは全部に弾性体を充填して軸端外周近傍の潤滑流体圧力に感応して流路抵抗を変えるオリフィスを形成したことを特徴とする動圧流体軸受モータ
【請求項５】
請求項１記載の動圧流体軸受モータに於いて，循環路開口を軸端の浮上移動に伴って実質的な開口断面積が異なるよう構成し，少なくとも静止時には循環路開口に於ける流路断面積は小として回転起動時に速やかな潤滑流体圧力増加を可能として起動停止時の摺動距離を小とすること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，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７】
請求項６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８】
請求項７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９】
請求項８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二の構造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，浮上ブースタを有し，低速回転から速やかな浮上を可能として摺動摩耗を低減し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にスパイラルグルーブを有して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】
正立或いは倒立或いは横置きとして使用されるＨＤＤのスラストベアリングには［磁気吸引力−回転部重量］から［磁気吸引力＋回転部重量］の間の力が加わる。ラジアルベアリングにより圧送された潤滑流体とオリフィスとによる第一の軸方向負荷容量がこのスラストベアリングに加わる最小値である［磁気吸引力−回転部重量］より大である場合には浮上量制御が出来ない場合が存在することになる。すなわちＨＤＤが倒立の場合には浮上量が定まらない。本発明では循環路内に設けたオリフィスと前記不平衡ヘリングボーングルーブとで第一の軸方向負荷容量を得，軸端部或いはスリーブ底部にスパイラルグルーブを有して第二の軸方向負荷容量を得て，第一の軸方向負荷容量は磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値以下に設定してＨＤＤの如何なる姿勢でも使用可能な動圧流体軸受モータとする。ラジアルベアリングにより圧送された潤滑流体とオリフィスとによる第一の軸方向負荷容量がスラストベアリングに加わる負荷の大部分を負担し，スパイラルグルーブによる第二の軸方向負荷容量は残り分を負担すれば良いので軸径相当の小さなスパイラルグルーブで回転部を支持する事が可能となる。
【００１８】
さらに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】
【００１９】
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循環路内のオリフィスと協働して回転部支持の負荷容量の大部分を発生させる浮上ブースタとする。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
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。
【実施例１】
【００２３】
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軸端面の図を示す。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。
【００２４】
軸受け部は軸１１，スリーブ１２，カウンタープレート１３，それらの間隙の潤滑流体とで構成し，スリーブ１２の内周面には不平衡ヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂを，軸１１端面にはポンプアウトのスパイラルグルーブ１ｃを有する。軸１１内には軸端中心に開口する小孔１ｄ，小孔１ｄから不平衡ヘリングボーングルーブ１ａ，１ｂ間に通じる小孔１ｇ，小孔１ｄからシール部１ｍに通じる通気孔１ｊとを有し，小孔１ｄ内にはオリフィス形成部材１ｅを固定してオリフィス１ｆを形成する。オリフィス形成部材１ｅは先細形状として小孔１ｄ内を小孔１ｊ側に向けて徐々に間隙が大となる部分を有して潤滑流体の界面を有する。
【００２５】
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１ｍを有する。潤滑流体はシール部１ｍ及び小孔１ｄ内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。
【００２６】
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２を用いて説明する。図２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２１は軸１１の回転方向を示す。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂは回転時に潤滑流体を軸端方向に圧送し，軸１１とスリーブ１２間の間隙と軸１１の外周長とで構成する流路断面積よりオリフィス１ｆ部の流路断面積を小に設定して回転時に軸端近傍の潤滑流体の圧力を高め第一の軸方向負荷容量を発生させる。
【００３０】
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を磁気吸引力に回転部重量を差し引いた値以下に設定する。その趣旨と動作原理とを図３を用いて説明する。
【００３１】
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軸端とカウンタープレート１３間を通ってオリフィス１ｆ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。
【００３２】
図３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３１は不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂとオリフィス１ｆとで発生する第一の軸方向負荷容量を示している。番号３２は軸端のスパイラルグルーブ１ｃと不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂによる第二の軸方向負荷容量を，番号３３は第一及び第二の軸方向負荷容量の和をそれぞれ示す。
【００３３】
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。
【００３４】
番号３４は磁気吸引力に回転部重量を加えた値を，番号３５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３４と番号３３とが交差する位置の浮上量ｆ１に，倒立では番号３５と番号３３とが交差する位置の浮上量ｆ２となる。
【００３５】
第一の軸方向負荷容量３１が磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値３５より大であると，ＨＤＤが倒立状態で使われた場合にスパイラルグルーブ１ｃによる第二の軸方向負荷容量３２がゼロになっても回転部を浮上させようとする力が働き回転部は抜け止め１ｋで規制される限度一杯まで浮上を続けることになる。本発明では第一の軸方向負荷容量３１を磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値（番号３５で示す）より小に設定したので常に第二の軸方向負荷容量３２に依存して回転部の浮上位置が決まることになり，ＨＤＤの如何なる姿勢に対しても浮上位置の制御を可能としている。
【００３６】
回転中に不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂは潤滑流体をオリフィス１ｆ，小孔１ｇを介して常に循環させ，循環路は小孔１ｊ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小孔１ｊ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る。
【００３７】
シール部１ｍ及び小孔１ｄ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１ｍ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】
【００３８】
本発明の第一の実施例は軸端部に小径のスラストベアリングを有し，不足する軸方向負荷容量を循環路内のオリフィスによりアシストする構造であった。この構造により軸径より大のスラストベアリングを有さずとも回転部の適正な浮上量を実現し，信頼性のある動圧流体軸受モータを実現出来た。
【００３９】
しかしながら，図３の番号３１で示したオリフィスによる第一の軸方向負荷容量は定常回転速度に達した時点での値である。高速回転機種の場合にも同じ条件が適用されるので結果として低速回転時に於ける第一の軸方向負荷容量は小さく起動直後及び停止直前では軸端と対向するカウンタープレート間の摺動距離が長くなり，寿命，信頼性を損なう事になる。第二の実施例はこの点を改善して回転部が浮上を始める回転速度を低く設定して軸端とカウンタープレート間の摺動距離を短く出来る構造例である。
【００４０】
図４及び図５は第二の実施例の構造を示し，図４はその動圧流体軸受モータの断面図を，図５は循環路中のオリフィスの動作を示すための図をそれぞれ示す。同図に示す構造は図１に示した第一の実施例に於ける動圧流体軸受モータの構造を基本に軸内の循環路をスリーブ内に移動させ，軸端に設けたポンプアウトのスパイラルグルーブ１ｃをポンプインのスパイラルグルーブ４４に替えてある。形状が変わったので軸，スリーブ，カウンタープレートはそれぞれ異なる番号４１，４２，４３で示している。
【００４１】
スリーブ４２とカウンタープレート４３は循環路４ａ，４５，４６，アクセス孔４７を有する。軸４１の端面にはポンプインのスパイラルグルーブ４４を有する。循環孔４５，４６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４７は循環孔４５と連続して次第に径を大にしながらスリーブ４２の上端面に開口する。循環孔４６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４ａ及び循環孔４５とで潤滑流体の循環路を形成する。
【００４２】
凹部チャネル４ａはカウンタープレート４３面にエッチング技術により精密に形成する。その幅は０．５ミリメートル，深さは０．１ミリ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。
【００４３】
オリフィスはカウンタプレート４３を彫り込んで設けた凹部チャネル４ａ，及び循環路４５，４６の途中に設けた弾性体で構成したオリフィス板４９で構成している。図４の下部は軸４１及びスリーブ４２の平面図を示す。
【００４４】
オリフィス板４９は中心に微小孔４ｂを有し，耐油性のある樹脂或いはゴム等弾性体で構成される。図５はオリフィス板４９近傍の構造を拡大して示し，図５（ａ）は静止時から低速回転時の状態を示し，図５（ｂ）は高速回転時の状態を示す。軸４１が回転を始めると，不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂはカウンタープレート４３方向に潤滑流体の圧送を始めるが，オリフィス板４９の微小孔４ｂは小径であるので潤滑流体の流れを留めオリフィス板４９より前の軸端部に於ける潤滑流体圧力を速やかに増大させ，軸４１を含む回転部浮上を助ける。さらに回転速度が増し，不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂによる潤滑流体圧送量が増えるとオリフィス板４９に加わる圧力は増し，図５（ｂ）に示すように弾性体で構成したオリフィス板４９を圧迫して変形させ，微小孔４ｂの開口径を大きくさせる。図５（ｂ）ではオリフィス板４９及び微小孔４ｂの変形後の様子を番号４９’，４ｂ’でそれぞれ示す。オリフィス板４９の支持構造は図５（ｂ）に示すように変形可能に間隙を持たせている。
【００４５】
このように図４に示すオリフィス板４９の微小孔４ｂは低速回転時では開口面積を小に，高速回転時では開口面積を大に可変させ得るので低速回転時での潤滑流体圧力増大を速やかとして軸４１を含む回転部の浮上開始回転速度を減じて起動或いは停止時に於ける軸端とカウンタープレート４３間の摺動距離を小さく抑える事が出来る。オリフィス板４９に起因する第一の軸方向負荷容量及び軸端のスパイラルグルーブ４４による第二の軸方向負荷容量との関係は図３に示した第一の実施例と同じであるので説明は省略する。
【００４６】
本実施例では循環孔４５に連続するアクセス孔４７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４７に於ける潤滑流体で調整する構造である。アクセス孔４７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。
【００４７】
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４７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４７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４７から潤滑流体の界面４８の監視或いは潤滑流体の追加注入等が可能である。
【００４８】
アクセス孔４７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４７を図４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。
【００４９】
アクセス孔４７及び循環路４５，４６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１ｍ及びアクセス孔４７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４７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４７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。
【実施例３】
【００５０】
図６は本発明の第三の実施例の構造を示し，図４に於ける弾性体オリフィス板４９の構造を変え，さらにスリーブを内筒６１及び外筒６２の二重構造にして循環路及び通気孔形成を容易にしている。
【００５１】
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４に於ける循環路４５及びアクセス孔４７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４６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４ａ，狭間隙部６４，循環路４６を介して不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂに環流する。
【００５２】
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が示されている。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
実施例２に於けるアクセス孔４７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。
【００５６】
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。
【００５７】
図８（ａ），８（ｂ）はカウンタープレート４３上の凹部チャネル４ａの構造を示すための断面図であって，カウンタープレート４３及び弾性体オリフィス６６とその周辺の軸４１，スリーブの内筒６１，外筒６２等を示している。これらの図に示すようにカウンタープレート４３上にはプレス或いは電解加工等の技術により凹部チャネル４ａを循環路の一部として精密に形成するが，軸４１端の外周近傍に対向するよう開口部を配置し，開口部を含む凹部チャネル４ａに弾性体オリフィス６６を埋め込む。弾性体オリフィス４ａは耐油性のあるゴム或いは樹脂を配置固定しても，半重合の樹脂を塗布して形成しても良い。
【００５８】
図８（ａ）と図８（ｂ）の違いは前者が静止している時の状態を，後者が定常回転に近い状態を示している事である。すなわち，静止状態では弾性体オリフィス６６は凹部チャネル４ａの開口部をほぼ完全に塞ぎ，循環路の流路抵抗を大にするので回転起動時に第二のヘリングボーングルーブ１ｂが圧送する潤滑流体の軸端部近傍に於ける圧力上昇を助けて軸４１の浮上を速やかにさせる。図８（ｂ）に示す定常回転時には軸端近傍で大となった潤滑流体圧力によって弾性体オリフィス６６’は変形して凹部チャネル４ａの開口部近傍の流路断面積を大として潤滑流体を逃がして軸端近傍での圧力増大に上限を設ける。したがって，低速回転時に弾性体オリフィス６６部分での流路抵抗を大に設定しても図３を用いて説明した本発明の趣旨である第一の軸方向負荷容量３１を磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値（番号３５で示す）より小に設定するとの定常回転時の条件も同時に満たすことは容易となる。
【００５９】
このように循環路の一部である凹部チャネル４ａに設けられた弾性体オリフィス６６は軸４１を含む回転部の浮上を速やかにして軸４１とカウンタープレート４３との摺動距離を減じて摩耗を抑える効果がある。凹部チャネル４ａの深さは０．２ミリメートル前後，幅を１ミリメートル程度として加工及び弾性体オリフィス６６の埋め込み形成に困難な点は無い。
【００６０】
動圧流体軸受モータとしての動作原理は図１，図３に示した実施例と同じであるので詳細説明は省略する。
【実施例４】
【００６１】
図９，１０は本発明の第四の実施例を示し，図９は縦断面を図１０はカウンタープレート９１の平面図及び一部の断面をそれぞれ示す。
【００６２】
図９に於いて，スリーブは内筒６１及び外筒６２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４６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９１が図６のカウンタープレート４３より厚くしてある。カウンタープレート９１にはスリーブ内筒６１の内周面の延長として軸４１を収容する円形凹部９２が形成され，円形凹部９２と狭間隙部６４とに接続されるように凹部チャネル９３が形成される。図９では凹部チャネル９３は２カ所に形成されている。図９下部に於いて，番号９４は内筒６１及び外筒６２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９１表面にそれぞれ当接する位置を示す。
【００６３】
図１０（ａ）はカウンタープレート９１の平面図を，図１０（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’で示した凹部チャネル９３の開口部断面図を示している。番号１０１は凹部チャネル９３の開口部を，番号１０２は開口部１０１の断面形状を，番号１０３は円形凹部９２の底面レベルをそれぞれ示している。
【００６４】
軸４１を含む回転部が回転を始めると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，その時開口１０１は円形凹部９２の底面レベル１０２より上にあるので実質的に軸４１で閉じられ，軸端部近傍の潤滑流体圧力を速やかに増加させて回転部を浮上させる。軸４１が浮上移動して開口１０１の流路面積を実質的に大とすると不平衡ヘリングボーングループ１ｂによって圧送された潤滑流体の大部分は開口１０１から凹部チャネル９３，循環路６４，４６を通って不平衡ヘリングボーングルーブ１ｂに環流し，軸端部の潤滑流体圧力増大への寄与は僅かとなる。しかしその時点で回転速度は十分に高く，スパイラルグルーブ４４による軸方向負荷容量も回転部を支持するに十分な大きさとなる。
【００６５】
上記実施例の説明に於いて，第一の実施例で循環路開口を軸端の中央に配置して軸端のグルーブはポンプアウトのスパイラルグルーブとし，他の実施例では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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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】
【００７０】
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】
【００７１】
【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軸端面を示す。
【図２】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３】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４】第二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５】図４に於けるオリフィス板構成及び動作を示す。
【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】図６に於ける弾性体オリフィスの構成，動作を示す。
【図９】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１０】図９に於けるカウンタープレートの形状詳細を示す。
【符号の説明】
【００７２】
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，１ｇ，１ｊ・・小孔，
１ｅ・・・オリフィス部材，                １ｆ・・・オリフィス，
１ｋ・・・抜け止め，                      １ｍ・・・シール部，
２１・・・軸１１の回転方向，
３１・・・第一の軸方向負荷容量，          ３２・・・第二の軸方向負荷容量，
３３・・・第一及び第二の軸方向負荷容量の和，
３４・・・磁気吸引力に回転部重量を加えた値，
３５・・・磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値，
４１・・・軸，                            ４２・・・スリーブ，
４３・・・カウンタープレート，            ４４・・・スパイラルグルーブ，
４５，４６・・循環孔，                    ４７・・・アクセス孔，
４８・・・潤滑流体界面，                  ４９，４９’・・オリフィス板，
４ａ・・・凹部チャネル，                  ４ｂ，４ｂ’・・微小孔，
６１・・・内筒，                          ６２・・・外筒，
６３・・・封止板，                        ６４・・・狭間隙部，
６５・・・広間隙部，                      ６６，６６’・・弾性体オリフィス，
７１・・・円孔，
９１・・・カウンタープレート，            ９２・・・円形凹部，
９３・・・凹部チャネル，                  ９４・・・内筒６１及び外筒６２の境界，
１０１・・・開口，                        １０２・・・開口の断面形状，
１０３・・・円形凹部の底面レベル，
【図１】
2005180468.tif 000003
【図２】
2005180468.tif 000004
【図３】
2005180468.tif 000005
【図４】
2005180468.tif 000006
【図５】
2005180468.tif 000007
【図６】
2005180468.tif 000008
【図７】
2005180468.tif 000009
【図８】
2005180468.tif 000010
【図９】
2005180468.tif 000011
【図１０】
2005180468.tif 000012