(57)【要約】【課題】軸受内部に蓄積した空気が軸受隙間のオイルを押し出し油膜切れが発生することを防止する。【解決手段】軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方にパターン状の浅溝からなる動圧発生溝と、パターン状深溝または軸方向に略直線状の深溝の少なくともいずれか一方の少なくとも一本の深溝を有し、軸とスリーブの間の隙間は潤滑剤で充満されており、動圧発生溝の深さより深溝は２倍以上深くなるよう構成することで、潤滑剤を軸受隙間に保持したまま内部に蓄積した空気を深溝から排出して軸受隙間の油膜切れを解決する流体軸受装置およびディスク装置の構成を得るものである。【選択図】  図１
2005009581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブの軸受穴に軸が回転自在に挿入され、軸外周面またはスリーブ内周面の少なくともいずれか一方に複数の浅溝からなるパターン状の動圧発生溝を有するラジアル軸受面を有し、軸の一端にはロータ磁石を有するロータハブが取り付けられ、軸の他端は軸に直角にフランジが取り付けられ、このフランジは段部に収納されその外側平面部はスリーブ側に固定されたスラスト板に対向し、スリーブはモータステータと共にベース板側に固定され、軸とスリーブの間の隙間は潤滑剤で充満されており、前記パターン状の動圧発生溝の少なくとも一本は他の浅溝より２倍以上深い流体軸受装置。
【請求項２】
スリーブの軸受穴に軸が回転自在に挿入され、軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方に複数の浅溝からなるパターン状の動圧発生溝を有するラジアル軸受面をし、軸の一端にはロータ磁石を有するロータハブが取り付けられ、軸の他端は軸に直角にフランジが取り付けられ、このフランジは段部に収納されその外側平面部はスリーブ側に固定されたスラスト板に対向し、スリーブはモータステータと共にベース板側に固定され、軸外周面またはスリーブ内周面のいずれか一方には少なくとも一本の軸方向に伸びる略直線状の深溝を有し、軸とスリーブの間の隙間は潤滑剤で充満されており、軸外周面またはスリーブ内周面に設けられた動圧発生溝の深さより略直線状の深溝は２倍以上深い流体軸受装置。
【請求項３】
パターン状の浅溝からなる動圧発生溝は二組の魚骨パターン状であり、二組の動圧溝の間にはラジアル軸受面の隙間より広い部分を有し潤滑剤を保持した請求項１および２記載の流体軸受装置。
【請求項４】
略直線溝は軸線に対し、平行または±３度以内の傾斜を有する請求項２記載の流体軸受装置。
【請求項５】
軸の外周面の外径が０．５〜２０ミリメートルであり、動圧発生溝の深さは１〜１５マイクロメータであり、深溝の深さは２０〜７００マイクロメータである請求項１および２記載の流体軸受装置。
【請求項６】
請求項１から５に記載する流体軸受装置の軸の一端にはロータ磁石を有するロータハブが取り付けられ、ロータハブには記録再生用のディスクがクランパーにより押圧されて取り付けられ、回転する前記ディスク面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、この磁気ヘッドまたは光学ヘッドは前記ディスク面に平行に移動自在に構成され、前記ディスクに対して信号の記録または再生を行うディスク記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、ディスク等を用いた記録装置等はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の記録装置に用いられるディスク回転装置等は高速、高精度回転が必要となり、その回転主軸部には流体軸受装置が用いられている。本発明は、回転部に流体軸受を有する流体軸受装置及びディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、図９〜図１２を参照しながら、従来の流体軸受装置の一例について説明する。図９において、３１は軸であり軸受穴３２Ａを有するスリーブ３２に回転自在にはめ合わされ、軸３１はフランジ３３を一体的に有し、フランジ３３はベース３５またはスリーブ３２の段部３２Ｄに収納され、スラスト板３４に当接して回転可能に設けられている。軸３１にはロータハブ３６、ロータ磁石３８、ディスク３９、スペーサ４０、クランパー４１が固定され、ロータ磁石３８に対抗するモータステータ３７がベース３５に取り付けられ、スリーブ３２の軸受穴３２Ａの内周面には動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃが設けられ、フランジ３３のスリーブ３２との対抗面及び、フランジ３３と、スラスト板３４との対抗面には動圧発生溝３３Ａ、３３Ｂを有し、動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃ、３３Ａ、３３Ｂの近傍にはオイル４２が注入されている。
【０００３】
以上のように構成された従来の流体軸受装置について、図９から図１２を用いてその動作について説明する。図９において、まず、モータステータ３７に通電されると回転磁界が発生し、軸３１、フランジ３３、ロータ磁石３８がハブロータ３６、ディスク３９と共に回転をはじめる。この時動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃ、３３Ａ、３３Ｂはオイル４２にポンピング圧力を発生し、浮上し非接触で回転し、ディスク３９には図示しない磁気ヘッドが当接して電気信号の記録再生を行う。
【０００４】
【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、次の様な問題点があった。図１０に示すように軸３１はスリーブ３２の軸受穴３２Ａ内をオイル４２により潤滑されながら回転するが、図１０に示すように、長期の回転後にオイル４２中に空気４３が巻き込まれた場合等に、空気４３Ａ，４３Ｂがモータステータ３７の発熱等により体積が膨張し、空気４３Ａ，４３Ｂが動圧発生溝３２Ｂ，３２Ｃを充満していたオイル４２を図中４２Ａ，４２Ｂに示すように軸受外に流出し、動圧発生溝３２Ｂは油膜切れを起こして軸受が擦れるという危険性があった。また図１１において空気４３が動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃを覆い、その部分で油膜切れが生じた時等に軸方向の圧力に変化が生じて以下の問題を起こす場合があった。詳細には、軸３１が回転している時に動圧発生溝３２Ｂ，３２Ｃ３３Ａ，３３Ｂはオイル４２をかき集めて圧力を発生するが、動圧発生溝３２Ｂの下半分に空気４３Ｂが浸入した場合、軸方向のポンピング圧力は図中矢印Ｂ＞Ｃとなり、また、動圧発生溝３２Ｃの下半分に空気４２Ｃが侵入した場合にも同様に軸方向のポンピング圧力は図中Ｄ＞Ｅとなり、軸３１の下部近傍の圧力は図中Ｐｒと大きな圧力を有してしまう。またスラスト板３４に対抗するフランジ３３の動圧発生溝３３ＢによりＰｔの圧力を発生するがこれに先ほどのＰｒの圧力が加わり、スラスト板３４とフランジ３３の間においてその隙間部の圧力が過大になり、スリーブ３２とフランジ３３は図中Ｓに示す箇所で強くこすれて故障を起こす危険性があった。
【０００５】
また図１２に示す別の従来の流体軸受装置は、軸受の内部の圧力が高まった場合に空気４３を排出できるよう、スリーブ３２に通気穴４４Ａ，４４Ｂが設けてある。しかしながら、通気穴４４Ａ，４４Ｂからは必要なオイル４２が図中４２Ａ，４２Ｂに示すように流出し、動圧発生溝３２Ｃにおいて油膜切れを起こして軸受が擦れるという危険性があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の流体軸受装置は、スリーブの軸受穴に軸が回転自在に挿入され、軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方に複数の浅溝からなるパターン状の動圧発生溝を有するラジアル軸受面をし、軸の一端にはロータ磁石を有するロータハブが取り付けられ、軸の他端は軸に直角にフランジが取り付けられ、このフランジは段部に収納されその外側平面部はスリーブ側に固定されたスラスト板に対向し、スリーブはモータステータと共にベース板側に固定され、軸外周面またはスリーブ内周面のいずれか一方には少なくとも一本の深溝を有し、この深溝は動圧発生溝の内少なくとも一本が深く構成されるか、または軸方向に略直線状の少なくとも一本の深溝が加工されたものであり、軸とスリーブの間の隙間は潤滑剤で充満されており、軸外周面またはスリーブ内周面に設けられた動圧発生溝の浅溝より深溝は２倍以上深くなるよう構成したものである。
【０００７】
また、軸にロータハブとディスクを固定し、磁気ヘッドにより信号の記録再生を行うものである。
【０００８】
本発明は上記した構成によって、軸受に必要なオイルは隙間が小さい軸受内部に残したまま、軸受内部に蓄積した空気だけを深溝を通して軸受外に排出可能とし、動圧発生溝部においてオイルの油膜切れが無く、軸受の信頼性が流体軸受装置の構成を得る。また信頼性に優れたディスク装置を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態における流体軸受装置およびディスクについて、図１〜図８を参照しながら説明する。図１〜図７は本発明の実施形態の流体軸受装置の図である。スリーブ２の軸受穴２Ａに軸１が回転自在に挿入され、軸１の外周面またはスリーブ２の内周面の少なくとも一方にパターン状の浅溝からなる動圧発生溝１Ｂ，１Ｃを有するラジアル軸受面を有し、スリーブ２には隙間大部２Ｂが設けられ、軸１の上部側にはロータ磁石８を有するロータハブ１２が取り付けられ、軸１の他端（図１において下部側）には軸１に直角にスラストフランジ３が一体的に取り付けられ、フランジ３の下面にはオイルを溜める隙間３Ｃを有し、下端側の軸受面はスラスト板４に対向し、スラスト板４はスリーブ２側に固定され、フランジ３またはスラスト板４のいずれか一方の面には螺旋状または魚骨状パターンの動圧発生溝３Ｂを有し、フランジ３の上変面部とスリーブが対向する面のいずれか一方の面には動圧発生溝３Ａが設けられ、スリーブ２はモータステータ７と共にベース板６に固定され、軸１の外周面またはスリーブ２の内周面のいずれか一方には少なくとも一本の軸方向に略直線状の深溝５を有し、軸１とスリーブ２の間の隙間及びフランジ３とスラスト板の間の隙間はオイル等の潤滑剤１３で充満されており、動圧発生溝１Ｂ，１Ｃの深さより略直線上の深溝５の深さは２倍以上深く設けられている。ロータハブ１２には、ディスク９とスペーサ１０がクランパー１１により取り付けられている。図２は軸１とスリーブ２の断面図であるが、深溝５は少なくとも一本以上、例えば本実施例では２本加工されている。
【００１０】
以上のように構成された流体軸受装置について、図１〜図７を用いてその動作について説明する。図１〜図２において、まず、モータステータ７に通電されると回転磁界が発生し、ロータ磁石８がロータハブ１２、軸１、ディスク９、クランパー１１、スペーサ１０と共に回転を始める。回転が始まると動圧発生溝１Ｂ，１Ｃ，３Ａ，３Ｂにおいてオイル等の潤滑剤１３を回転力によりかき集めポンピング圧力を発生し軸受部は浮上し非接触で高精度に回転する。しかしながらが、軸受が長時間回転後にはオイル１４の中には図中１４に示す空気が混入している場合がある。混入した空気１４は蓄積量が多くなった場合や、周囲の温度が上昇して空気１４の内部圧力が上昇した時や、または膨張して体積が大きくなった時に、空気１４は深溝５の中を通って図３に示すように外部に排出される。こうして空気１４が排出されることで、オイル１３は軸受外へ押し出されたり、漏れたりしないで、軸１とスリーブ２の間の十分小さい軸受隙間に、オイル自身の表面張力で保持され、軸受は油膜切れを生じないで安定して回転できる。本実施例において軸１の直径は０．５〜２０ミリメートルであり、深溝５の深さは動圧発生溝１Ｂ，１Ｃの深さの２倍以上の場合に、オイル１３が軸受隙間に保持され、空気１４は良好に排出されることが確認できた。深溝一本あたりの幅は軸円周上の約０．５〜５％を目安とした場合に空気１４はスムーズに排出された。
【００１１】
深溝５は、複数の浅溝からなるパターン状の動圧発生溝１Ｂ，１Ｃの内、少なくとも一本の浅溝を他の浅溝より２倍以上深く設ける第１の方法と、動圧発生溝とは別に、軸１に略平行に略直線状に設ける第２の方法のいずれか一方の方法がとられるが、図４は第２の方法である略平行な深溝５が軸１となす角度について表わしている。軸１が図中矢印Ｍ方向に回転する場合、図中θの角度は大きすぎると図４の様にオイル４は深溝に沿って矢印Ｎ方向に移動させられ、動圧発生溝１Ｂの下方部分で油膜切れが生じる場合がある。この角度θは、図５に示すように±３度以内が良好であり、油膜切れが生じないことがわかった。尚、深溝５は連続した溝でなくても図４の様に５Ａと５Ｂに二分されていても良いし、動圧発生溝１Ｂ近傍だけに図４の５Ａのように設けても良い。図５は実際の軸受を観察して求めたデータである。また第１の方法である浅溝の内少なくとも一本を深く構成する場合は図４において動圧発生溝１Ｂ，１Ｃの傾斜角Ｂ１とＢ２の角度は精密に同じにしておかないとオイル１３が上または下へ大きく移動してしまい、動圧発生溝１Ｂ，１Ｃに油膜切れが生じる危険性があるため、傾斜角Ｂ１とＢ２の差は０．５度以内にする。
【００１２】
図６は図１および図３における略直線状の深溝５の深さと軸受隙間に残留する空気の面積比率について軸受を観察することにより求めたものである。深溝５は、その深さが浅すぎる合はオイル１３がオイル自身の表面張力により深溝に充満してしまうため空気１４は排出されにくい。図６に示すように深溝の深さは２０マイクロメータ以上が必要であり、２０〜７００マイクロメータの場合に良好に排出される。一方７００マイクロメートルより深い場合は、軸受隙間部のオイル４の保持力に悪影響が出る危険性がある。尚、この観察実験は動圧発生溝１Ｂ，１Ｃの深さは１〜１５マイクロメータとし、その範囲で良好な結果を得た。
【００１３】
図７において動圧発生溝１Ｂおよび１Ｃがオイル１３をかき集めることで軸受の内部の圧力が高まろうとするが、深溝５は空気１４を排出するだけでなく、軸受内部の圧力を均衡化する役目を合わせ持っており、図中に示す記号Ｆ（軸受開口部）と記号Ｇ（軸受内部）の圧力が同じになる。これによりフランジ３とスラスト板４の間の隙間の圧力は過大になる心配がなく軸受はコスレないで非接触で回転を続けることができる。
【００１４】
以上のように本実施の形態によれば、流体軸受部に混入した空気が容易に排出され、軸受に生じがちであった油膜切れが防止され、ディスクを高精度かつ長寿命に回転させる流体軸受装置の構成が得られる。
【００１５】
図８は流体軸受装置およびディスク装置の図である。ベース６は略箱状をしており上部は上蓋１７が取り付けられ、スリーブ２はベース６に固定されている。軸１の一端にはロータ磁石８を有するロータハブ１２が取り付けられ、ロータハブ１２には記録再生用のディスク９がクランパー１１により押圧されて取り付けられ、回転する前記ディスク９の面に磁気ヘッド１５または光学ヘッドを対向して設け、この磁気ヘッド１５または光学ヘッドはヘッド支軸１６に回動自在に支持され、前記ディスク面に平行に移動自在に構成され、前記ディスク９に対して信号の記録または再生を行う。深溝５は軸受内部の有害な空気１４を排出し、また通気穴を有していない半密封構造のスリーブ２は十分多くのオイル１３を内部に蓄えることが可能であるため長期信頼性が高い。また軸１はスリーブ２、スラスト板４に対して安定して高精度に非接触回転し、高密度な信号の記録再生が行える。
【００１６】
以上のように本実施の形態によれば、流体軸受部に混入した空気が容易に排出され、軸受に生じがちであった油膜切れが防止され、ディスクを高精度かつ長寿命に回転させるディスク回転装置の構成が得られる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明の流体軸受装置は軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方にパターン状の浅溝からなる動圧発生溝と、パターン状深溝または軸に略平行な略直線状の深溝のいずれかの少なくとも１本の深溝を有し、軸とスリーブの間の隙間は潤滑剤で充満されており、動圧発生溝の深さより深溝は１倍以上深くなるよう構成することで、潤滑剤を軸受隙間に保持したまま内部に蓄積した空気を深溝から排出して軸受隙間の油膜切れを解決するものである。また長期信頼性に良好なディスク装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の流体軸受装置断面図
【図２】本発明実施形態の深溝の詳細図
【図３】本発明実施形態の深溝の詳細図
【図４】本発明実施形態の深溝の詳細図
【図５】本発明実施形態の深溝の角度説明図
【図６】本発明実施形態の深溝の深さ説明図
【図７】本発明実施形態の詳細図
【図８】本発明実施形態のディスク装置断面図
【図９】従来の流体軸受装置断面図
【図１０】従来の流体軸受装置説明図
【図１１】従来の流体軸受装置説明図
【図１２】従来の流体軸受装置説明図
【符号の説明】
１  軸
１Ｂ，１Ｃ，３Ｂ，３Ｃ  動圧発生溝
２  スリーブ
２Ａ  軸受穴
２Ｂ  隙間大部
４  スラスト板
５  深溝
６  ベース
７  モータステータ
８  ロータ磁石
９  ディスク
１０  スペーサ
１１  クランパー
１２  ロータハブ
１３  オイル
１４  空気
１５  ヘッド
１６  ヘッド支軸
１７  上蓋
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005009581.tif 000011
【図１０】
2005009581.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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