(57)【要約】【課題】円錐型（コニカル型）動圧軸受装置の性能を安価かつ良好に向上させることを可能とする。【解決手段】軸受スリーブ１３内に相対回転可能に挿通した軸ブッシュ２１の傾斜動圧面における一対の母線どうしの間に形成される開角θ１を、軸受スリーブ１３の傾斜動圧面におけ一対の母線どうしの間に形成される開角θ２よりも大きい角度（θ１＞θ２）をなすように設定して、大径部位における大きな軸受剛性を効率的に利用し、より高剛性の軸受特性を得るように構成したことによって、傾斜動圧面の製造誤差による浮上量の低下量等低減させ、製造公差の規制緩和を可能としたもの。【選択図】      図２
2005003172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円錐形状の傾斜動圧面を内周面に有する軸受スリーブ内に、同じく略円錐形状の傾斜動圧面を外周面に有する軸ブッシュが相対回転可能に挿通され、
それら軸受スリーブおよび軸ブッシュの両傾斜動圧面どうしの対向隙間に略円錐形状の傾斜軸受空間が形成されたものであって、
その傾斜軸受空間内には潤滑流体が充填されているとともに、前記軸ブッシュおよび軸受スリーブの両傾斜動圧面の少なくとも一方側に適宜の動圧発生手段が形成され、
前記動圧発生手段により前記潤滑流体を加圧して動圧力を発生させ、その潤滑流体の動圧力を利用して前記軸ブッシュと軸受スリーブとをラジアル方向およびスラスト方向に相対的に浮上させつつ非接触で回転支持させるように構成された円錐型動圧軸受装置において、
前記軸ブッシュの中心軸を含む平面が当該軸ブッシュの傾斜動圧面と交差する一対の母線どうしの間に形成される開角θ１が、前記軸受スリーブの中心軸を含む平面が当該軸受スリーブの傾斜動圧面と交差する一対の母線どうしの間に形成される開角θ２よりも、大きい角度（θ１＞θ２）をなすように設定されていることを特徴とする円錐型動圧軸受装置。
【請求項２】
前記動圧発生手段が、軸方向に適宜の距離だけ離間して形成された適宜の形状をなす凹溝の集合体から構成されていることを特徴とする請求項１記載の円錐型動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、略円錐形状に形成された軸ブッシュと軸受スリーブとを、潤滑流体の動圧力により相対浮上させつつ非接触で回転支持させる構成になされた円錐型動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種回転体を高速下で安定して支持することができるようにした動圧軸受装置の開発が進められている。そのうちの円錐型（コニカル型）動圧軸受装置では、略円錐形状をなす傾斜動圧面を有する軸受スリーブ内に、同じく略円錐形状をなす傾斜動圧面を有する軸ブッシュが相対回転可能に挿通されているとともに、それら軸ブッシュの傾斜動圧面と、軸受スリーブの傾斜動圧面との対向隙間に、略円錐形状の傾斜軸受空間が形成されており、その傾斜軸受空間内には潤滑流体が充填されている。
【０００３】
そして、上記軸ブッシュおよび軸受スリーブの両傾斜動圧面の少なくとも一方側には、適宜の形状の凹溝構造等からなる動圧発生手段が設けられていて、上記軸ブッシュと軸受スリーブとの相対回転時に上記動圧発生手段により潤滑流体を加圧して上記潤滑流体に動圧力を発生させ、その潤滑流体の動圧力を利用して、上記軸ブッシュと軸受スリーブとをラジアル方向およびスラスト方向の双方に相対的に浮上させることによって非接触で回転支持させる構成になされている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−７８８６号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３９３１８号公報
【特許文献３】
特開２００２−１７４２２６号公報
【特許文献４】
特開２００３−９７５４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように円錐型（コニカル型）動圧軸受装置では、軸受スリーブおよび軸ブッシュに形成された両動圧面が、回転軸に対して傾斜した面になされているが、両部材の相対浮上量などの動圧特性を良好に得るためには、その傾斜した動圧面の角度に関する製造公差を非常に厳しく設定しておき、高精度な傾斜動圧面を形成する必要があることから、実際にそれらの傾斜動圧面を製造するにあたっては多大な手間を要している。
【０００６】
また、それら軸受スリーブ側の傾斜動圧面と軸ブッシュ側の傾斜動圧面とは、互いに同一の傾斜角度をなして平行状態にて延在する設計になされていることから、僅かな製造誤差によって動圧特性が大きく低下してしまい、焼き付き等を発生するおそれがある。そのため、いわゆる歩留まりの低下は避けられず、その結果として高価な製品にならざるを得なくなっているのが現状である。
【０００７】
そこで本発明は、安価かつ高性能な円錐型（コニカル型）動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１にかかる円錐型動圧軸受装置では、軸受スリーブ内に相対回転可能に挿通された軸ブッシュの中心軸を含む平面が当該軸ブッシュの傾斜動圧面と交差する一対の母線どうしの間に形成される開角θ１が、軸受スリーブの中心軸を含む平面が当該軸受スリーブの傾斜動圧面と交差する一対の母線どうしの間に形成される開角θ２よりも大きい角度（θ１＞θ２）をなすように設定されている。
このような構成を有する請求項１にかかる円錐型動圧軸受装置によれば、狭い開角の略円錐状の傾斜動圧面を有する軸受スリーブ内に、広い開角の略円錐状の傾斜動圧面を有する軸ブッシュが挿通されていることから、それら軸受スリーブと軸ブッシュとの間に形成される略円錐状の傾斜軸受空間は、円錐形状の小径部位に相当する部位において広い空間になされるとともに、円錐形状の大径部位に相当する部位においては狭い空間になされる。
一方、回転時の動圧力による軸受剛性は、両部材間における相対回転速度の大小に対応して増減するものであって、相対回転速度が小さい小径部位における軸受剛性よりも、相対回転速度が大きい大径部位における軸受剛性が本来的に大きくなる。そして、その軸受剛性が元々大きい大径部位における傾斜軸受空間が、小径部位よりも狭くなされていることによって、当該大径部位における大きな軸受剛性が、より効率的に利用されることとなり、軸受全体として、より高剛性の軸受特性が得られるようになっている。従って、上述した傾斜動圧面の製造に関して、従来と同様な製造誤差を生じたとしても、軸受特性の変動が従来よりも小さくなって、浮上量の低下量等も抑制されることから、製造に関する公差の規制を緩和することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の請求項２にかかる円錐型動圧軸受装置では、上記請求項１における動圧発生手段が、軸方向に適宜の距離だけ離間して形成された適宜の形状をなす凹溝の集合体から構成されていて、このような構成を有する請求項２にかかる円錐型動圧軸受装置のように、軸方向に離間した動圧発生手段を有する円錐型動圧軸受装置においても良好な作用が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、それに先立って、まず本発明を適用した円錐型（コニカル型）動圧軸受装置を有するハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）用スピンドルモータの概要を説明しておく。
【００１１】
図１に示されている軸回転／アウターロータ型のスピンドルモータの全体は、固定側部材としてのステータ組１０と、そのステータ組１０に対して図示上側から組み付けられた回転側部材としてのロータ組２０を含む構成になされている。
【００１２】
このうちのステータ組１０は、図示を省略したハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の本体プレートにネジ止めされるベースフレーム１１を有している。このベースフレーム１１の略中央部分に形成された筒状のスリーブ保持部（軸受部材ホルダー）１２の内周側には、中空状に形成された軸受スリーブ１３が圧入や焼き嵌め等の固定手段によって上記ベースフレーム１１と一体的に接合されている。この軸受スリーブ１３は、その加工を容易化するためにリン青銅などの銅系材料からなり、軸方向両端に開口部を有する略円錐形状の軸受用中心孔１３ａが形成されている。また、上記スリーブ保持部１２の外周面には、放射状に突出したステータコアの突極部にステータコイル１４を巻装したステータコア部１５が嵌着されている。
【００１３】
さらに、特に図２に示されているように、上記軸受スリーブ１３の軸受用中心孔１３ａ内には、上記ロータ組２０の一部を構成する軸部材としての軸ブッシュ２１が、回転中心軸Ｘの回りに回転自在となるように挿入されている。本実施形態における軸ブッシュ２１は、上述した軸受スリーブ１３の軸受用中心孔１３ａに対応した略円錐形状をなすステンレス鋼から形成されている。
【００１４】
このとき、上記軸受スリーブ１３における軸受用中心孔１３ａの内周面には、略円錐形状の傾斜動圧面が形成されているとともに、上記軸ブッシュ２１の外周面には、同じく略円錐形状の傾斜動圧面がそれぞれ形成されている。なお、上記軸受スリーブ１３の傾斜動圧面には、オイル溜めとしての環状窪み部が、略中央部分に帯状をなすように凹設されている。
【００１５】
そして、それら両傾斜動圧面どうしの対向部分には、微少隙間からなる傾斜軸受空間が形成されており、その傾斜軸受空間に、２箇所のコニカル動圧軸受部ＣＢ，ＣＢが軸方向に適宜の間隔だけ離して形成されている。より詳細には、それらの各コニカル動圧軸受部ＣＢにおける軸受スリーブ１３側の傾斜動圧面と、軸ブッシュ２１側の傾斜動圧面とは、数μｍのギャップからなる傾斜軸受空間を介して対向配置されており、その傾斜軸受空間を含む軸受空間内に、例えばエステル系あるいはポリαオレフィン系の潤滑性オイル等の潤滑流体が連続的に充填されている。
【００１６】
このとき、上記軸受スリーブ１３の図示下端に設けられた開口部は、カバー１３ｂにより閉塞されており、そのカバー１３ｂによって、上述した各コニカル動圧軸受部ＣＢ内の潤滑流体が外部に漏出しない構成になされている。
【００１７】
また、上記軸受スリーブ１３および軸ブッシュ２１における両傾斜動圧面の少なくとも一方側には、図示を省略した例えばヘリングボーン形状の凹溝構造を有する動圧発生手段が、軸方向に２ブロックに分かれて凹設されており、上記軸ブッシュ２１の回転駆動時において、それらの各動圧発生用溝のポンピング作用により潤滑流体が加圧されて動圧力を生じ、その潤滑流体の動圧力によって、上記軸ブッシュ２１が軸受スリーブ１３側からラジアル方向およびスラスト方向に相対浮上して非接触状態にて保持され、それによって、上記軸ブッシュ２１と一体に形成され、または一体に固着された回転ハブ体２２が、回転自在に支持される構成になされている。
【００１８】
なお、このようにして動圧発生用溝により加圧された潤滑流体は、上記各コニカル動圧軸受部ＣＢを含む傾斜軸受空間から外部に流出することとなるが、その外部に流出した潤滑流体に対しては、上述した軸受スリーブ１３の胴部内を傾斜状態にて貫通する循環孔１３ｃが設けられており、その内循環孔１３ｃを通して上述した外部流出潤滑流体が元のコニカル動圧軸受部ＣＢ内に戻されるように構成されている。
【００１９】
ここで、特に図２に示されているように、上記軸ブッシュ２１に設けられた略円錐状の傾斜動圧面における開角θ１は、その軸ブッシュ２１の回転中心軸Ｘを含む平面が、当該軸ブッシュ２１の傾斜動圧面と交差する一対の母線どうしの間の角度で定義付けされ、また上述した軸受スリーブ１３に設けられた略円錐状の傾斜動圧面における開角θ２は、その軸受スリーブ１３の中心軸すなわち上記回転中心軸Ｘを含む平面が、当該軸受スリーブ１３の傾斜動圧面と交差する一対の母線どうしの間の角度として定義付けされる。そして本発明では、上記軸ブッシュ２１の傾斜動圧面における開角θ１が、上記軸受スリーブ１３の傾斜動圧面における開角θ２よりも大きい角度をなすように設定されている（θ１＞θ２）。
【００２０】
一方、上記軸ブッシュ２１とともにロータ組２０を構成している回転ハブ体２２は、磁気ディスク等の各種の情報記録媒体ディスクを搭載可能とするように略カップ状に形成されており、上記軸ブッシュ２１と一体の部材により形成されている。
【００２１】
上記回転ハブ体２２は、その外周部にロータ部を構成するための環状胴部２２ａを有しているとともに、その環状胴部２２ａの内周面側には、周方向に一定間隔でＮＳ交互に着磁が施された円筒状のロータマグネット２２ｂが装着固定されており、それによってロータ部が構成されている。上記ロータマグネット２２ｂは、上述したステータコア部１５の外周面に対して環状に対向するように近接配置されている。
【００２２】
また、上記ロータマグネット２２ｂの軸方向下端面は、上述したベースフレーム１１側に取り付けられた磁気吸引板１６と軸方向に対面する位置関係になされており、これら両部材２２ｂ，１６どうしの間の磁気的吸引力によって、上述した回転ハブ体２２の全体が軸方向に引き付けられ、安定的な回転状態が得られる構成になされている。
【００２３】
さらにまた、上記軸受スリーブ１３の図示上端面と、上述した回転ハブ２２の中心側部分における図示下端面とは、軸方向に近接した状態で対向するように配置されており、それら軸受スリーブ１３の図示上端面と、回転ハブ２２の図示下端面との間には軸方向対向隙間が形成されている。そして、上記軸受スリーブ１３の外周側には、毛細管力と回転遠心力の双方を利用した複合流体シール部ＣＳが画成されている。
【００２４】
この複合流体シール部ＣＳは、上述した軸方向対向隙間から半径方向外方側に連設されるように配置されており、当該複合流体シール部ＣＳの内周側傾斜壁面および外周側傾斜壁面が、上述した軸受スリーブ１３の外周側表面、およびその軸受スリーブ１３に対して半径方向外方側に対向配置された抜け止め部材としての環状胴部材２５の内周側表面によりそれぞれ形成されている。上記環状胴部材２５は、略リング状に形成された環状部材から形成されており、当該環状胴部材２５の外周側の部位を形成している板状のハブ取付部２５ａが、上述した回転ハブ２２に設けられた固定部２２ｃにより固着されている。
【００２５】
また、上記軸受スリーブ１３の図示上端部分には、半径方向外方側に張り出すように突出する抜止め係止鍔部１３ｄが設けられており、その抜止め係止鍔部１３ｄの一部が、上述した環状胴部材２５の本体部２５ｂの図示上面側に対して軸方向に対向するように配置されている。そして、これら両部材１３ｄ，２５ｂが軸方向に当接可能に配置されていることによって、上記回転ハブ２２が軸方向に抜け出すことを防止する構成になされている。すなわち、その軸受スリーブ１３における抜止め係止鍔部１３ｄの半径方向外方側には、上述した環状胴部材２５のハブ取付部２５ａが配置されており、上記抜止め係止鍔部１３ｄの外周壁面に対して、上記環状胴部材２５のハブ取付部２５ａの内周壁面が、半径方向外方側から対面するように配置されている。
【００２６】
このように本実施形態では、狭い開角θ２の略円錐状の傾斜動圧面を有する軸受スリーブ１３内に、広い開角θ１の略円錐状の傾斜動圧面を有する軸ブッシュ２１が挿通されていることから、それら軸受スリーブ１３と軸ブッシュ２１との間に形成される略円錐状の傾斜軸受空間は、円錐形状の図示下方側の小径部位に相当する部位において広い空間になされているとともに、円錐形状の図示上方側の大径部位に相当する部位においては狭い空間になされている。
【００２７】
一方、回転時における潤滑流体の動圧力による軸受剛性は、上記両部材間１３，２１における相対回転速度の大小に対応して増減するものであるから、相対回転速度が小さい図示下方側の小径部位における軸受剛性よりも、相対回転速度が大きい図示上方側の大径部位における軸受剛性が本来的に大きくなる。そして、その軸受剛性が元々大きい大径部位における傾斜軸受空間が、小径部位よりも狭くなされていることによって、当該大径部位における大きな軸受剛性が、より効率的に利用されることとなり、軸受全体として、より高剛性の軸受特性が得られるようになっている。従って、上述した傾斜動圧面の製造に関して、従来と同様な製造誤差を生じたとしても、軸受特性の変動が従来よりも小さくなって、浮上量の低下量等も抑制されることから、製造に関する公差の規制を緩和することが可能となる。
【００２８】
例えば、図３に示されているように、軸受スリーブ１３の開角θ２を基準（ゼロ）としたときの軸ブッシュ２１の開角θ１の相対開角の大きさを横軸にとり、その相対開角に対して、前述した軸ブッシュ２１を含むロータ組２０の浮上量を縦軸にとって、使用環境温度（２５℃および７５℃）をパラメータにして計測してみると、まず、軸ブッシュ２１の開角θ１が軸受スリーブ１３の開角θ２と同じ値となっている原点において最大の浮上量が得られることとなる。しかしながら、上述した両開角θ１，θ２を完全同一に製造することはほとんど不可能であり、両開角θ１，θ２を同一に設計していても、実際には、図示左側の領域、つまり軸ブッシュ２１の開角θ１が軸受スリーブ１３の開角θ２より小さくなっている領域か、または図示右側の領域、つまり軸ブッシュ２１の開角θ１が軸受スリーブ１３の開角θ２より大きくなっている領域のいずれかに製造誤差を生じてしまう。
【００２９】
そして、図３の左側の領域のように、軸ブッシュ２１の開角θ１が軸ブッシュ２１の開角θ１より小さくなっている領域では、軸ブッシュ２１の開角θ１が図示左方側に向かって次第に小さくなるに従って、ロータ組２０の浮上量（縦軸）は急速に低下していく。これに対して、図示右側の領域のように、軸ブッシュ２１の開角θ１が軸受スリーブ１３の開角θ２より大きい領域では、軸受剛性が元々大きい大径部位における大きな軸受剛性が、より効率的に利用されることによって軸受全体としての剛性が高められることから、軸ブッシュ２１の開角θ１が図示右方側に向かって次第に大きくなっても、ロータ組２０の浮上量（縦軸）は急激なものにはならず、緩やかに低下していく。
【００３０】
このような状態において、上述した実施形態では、軸ブッシュ２１の傾斜動圧面における開角θ１が、軸受スリーブ１３の傾斜動圧面における開角θ２よりも大きい角度をなすように設定されていることから（θ１＞θ２）、それらの軸ブッシュ２１および軸受スリーブ１３における各傾斜動圧面を製造するにあたって通常の製造誤差を生じた場合でも、浮上量が緩やかにしか低下しない図３右側の領域内の軸受特性に維持されることとなり、上述したように、従来よりも浮上量の低下量を抑制することが可能となって、製造時における公差規制も緩和することが可能となる。
【００３１】
一方、前述した図１にかかるハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）に対応する構成物に対して同一の符号を付した図４に示されている実施形態では、軸ブッシュ２１の図示下端側の先端部分に、環状の抜け止めリング２１ａが固着されている。この抜け止めリング２１ａは、軸受スリーブ１３の図示下端側における中心部分に凹設された収納部１３ｅ内に配置されており、そのような配置関係によってロータ組２０の離脱を防止する機能を備えている。このような実施形態においても、上述した実施形態と同様な作用・効果が得られる。
【００３２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのは言うまでもない。
【００３３】
例えば、上述した各実施形態は、ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）用のスピンドルモータに対して本発明を適用したものであるが、その他の多種多様な円錐型動圧軸受装置に対しても本発明は同様に適用することができるものである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１にかかる円錐型動圧軸受装置は、軸受スリーブ内に相対回転可能に挿通した軸ブッシュの傾斜動圧面における一対の母線どうしの間に形成される開角θ１を、軸受スリーブの傾斜動圧面におけ一対の母線どうしの間に形成される開角θ２よりも大きい角度（θ１＞θ２）をなすように設定して、大径部位における大きな軸受剛性を効率的に利用し、より高剛性の軸受特性を得るように構成したことによって、傾斜動圧面の製造誤差による浮上量の低下量等低減させ、製造公差の規制緩和を可能としたものであるから、円錐型（コニカル型）動圧軸受装置の性能を安価かつ良好に向上させることができる。
【００３５】
また、本発明の請求項２にかかる円錐型動圧軸受装置は、上記請求項１における動圧発生手段を、軸方向に適宜の距離だけ離間して形成された適宜の形状をなす凹溝の集合体から構成したものであるから、軸方向に離間した動圧発生手段を有する円錐型動圧軸受装置においても上述した良好な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における円錐型動圧軸受装置を備えた軸回転型のＨＤＤ用スピンドルモータの概要を表した縦断面説明図である。
【図２】図１に示されたＨＤＤ用スピンドルモータに用いられているコニカル動圧軸受部の構造を拡大して表した縦断面説明図である。
【図３】軸受スリーブの開角θ２を基準（ゼロ）としたときの軸ブッシュの開角θ１の相対開角の大きさと、軸ブッシュを含むロータ組の浮上量との関係を表した線図である。
【図４】本発明にかかる円錐型動圧軸受装置を備えた軸回転型のＨＤＤ用スピンドルモータ他の例を表した縦断面説明図である。
【符号の説明】
１３  軸受スリーブ
１３ａ  軸受用中心孔
１３ｂ  カバー
１３ｃ  循環孔
１４  ステータコイル
１５  ステータコア部
１６  磁気吸引板
２１  軸ブッシュ
２２  回転ハブ体
２２ｂ  ロータマグネット
ＣＢ  コニカル動圧軸受部
θ１，θ２  傾斜動圧面の開角
Ｘ  回転中心軸
【図１】
2005003172.tif 000003
【図２】
2005003172.tif 000004
【図３】
2005003172.tif 000005
【図４】
2005003172.tif 000006