(57)【要約】【課題】スラストパターンにより発生する吸引力を回転中心から外側に働くようにし、オイル開口部からのオイル漏れを防ぐことが可能な動圧軸受及びこれを用いた動圧軸受モータを提供することを目的とする。【解決手段】スラスト軸受と、該スラスト軸受の中心部に設置された回転中心軸１と、前記スラスト軸受の表面上に形成され、オイルが充填されたスラスト方向の動圧発生部Ｐ１、Ｐ２と、前記回転中心軸側に前記オイルの開口部Ａ１を有する動圧軸受において、前記スラスト軸受の動圧発生部の内周側で発生する前記オイルの回転による運動量が、該軸受の動圧発生部の外周側で発生する前記オイルの回転による運動量より大きくなるように、前記スラスト軸受のスラストパターンが凹設されている、ことを特徴とする動圧軸受。【選択図】図１
2007278370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラスト軸受と、該スラスト軸受の中心部に設置された回転中心軸と、前記スラスト軸受の表面上に形成され、オイルが充填されたスラスト方向の動圧発生部と、前記回転中心軸側に前記オイルの開口部を有する動圧軸受において、
前記スラスト軸受の動圧発生部の内周側で発生する前記オイルの回転による運動量が、該軸受の動圧発生部の外周側で発生する前記オイルの回転による運動量より大きくなるように、前記スラスト軸受のスラストパターンが凹設されている、
ことを特徴とする動圧軸受。
【請求項２】
前記スラストパターンがヘリングボーン溝である、
ことを特徴とする請求項１記載の動圧軸受。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の動圧軸受を回転中心部に有する、
ことを特徴とする動圧軸受モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種のＯＡ機器を始め、ＰＤＡ、その他ＨＤＤなどの回転駆動機器に用いられる動圧軸受及びこれを用いた動圧軸受モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の流体軸受モータである小型スピンドルモータは、最近の電子機器の小型化に伴い、高速化と共に小型化が要求されてきている。また、その軸受部は、回転変動の少ないことや低騒音等の高い軸受性能が必要である。
【０００３】
動圧軸受は、互いに回転自在に嵌合するスリーブと軸の少なくとも一方に動圧発生溝を形成し、スリーブと軸の間の微少間隙（軸受間隙）の流体をスリーブと軸の相対運動によるポンプ作用によって流動させて軸荷重を支承するように構成されている。このような動圧軸受を使用するモータは、作動流体に気体を用いたものでは、例えば特許文献１に開示されており、オイル等の液体を用いたものでは、例えば特許文献２等に開示されている。
【０００４】
図３は、従来例によるＨＤＤの主要部を示す図である。
【０００５】
この図において、１は中心軸（スピンドル）、２はシャフト、そして３はスペーサであり、これらの部品はベース８に一体的に結合され、スピンドルモータの固定部分を形成している。そして、シャフト２を挟んでその上下にスラスト軸受Ａ、４とスラスト軸受Ｂ、５が挿入されている。更に、スリーブ６がシャフト２の外周で回転自在な状態で嵌合している。
【０００６】
そして、前記スラスト軸受Ａ、Ｂとスリーブを挟み込む状態でハブ７がこれらに固着されており、該ハブには止めリング１１とクランプ１５を介してディスク１６が固定されると共に、その下部には回転駆動を発生させるためのロータ磁石１２が固着されている。一方、ベース８には前記ロータ磁石１２と対向する位置にステータ１３が固定されている。図示しない駆動回路から供給される駆動電流によってステータ１３のコイルが励磁されると、ロータ磁石１２がハブ７、スラスト軸受Ａ、Ｂの４、５、シャフト２と共に高速回転する構成となっている。なお、上記固定部と回転部の隙間には、作動流体であるオイルが充填されている。
【０００７】
本従来例では、スラスト軸受Ａ、４とシャフト２の間の隙間Ｐ１及びスラスト軸受Ｂ、５とシャフト２の間の隙間Ｐ２でスラスト方向の動圧を発生させ、更に、シャフト２とスリーブ６の間の隙間Ｐ３でラジアル方向の動圧を発生させることとなる。
【０００８】
これらの動圧発生部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３には動圧発生用のオイルを充填して動圧を発生させるため、少なくとも一方の面に動圧発生溝を凹設しなければならない。
【０００９】
図４に動圧発生溝としてヘリングボーン溝を凹設したシャフト２の例を示す。この例から、ラジアル方向の動圧を発生させる動圧発生溝は上下２段に凹設されており、回転時の軸の偏心を極力抑える構造となっている。また、前記２つの溝のうちの１つに着目すれば、その溝の中心線に対して上下が対称である溝となっている。これは、シャフト２とスリーブ６の隙間にオイルが充填されているが、該オイルの位置において、回転運動の周速度が一定であるため、上記溝の形状を上下対称とすることで、へリングボーン溝の先端において最も高い動圧を発生させるためである。
【００１０】
一方、スラスト方向の動圧を発生させるためのヘリングボーン溝が凹設されたスラスト軸受Ａ、４の例を図９に示す。該軸受のへリングボーン溝が直径φｃを中心にして凹設されているのであるが、このφｃの大きさは従来、次式によって計算されていた。
【００１１】
【数１】
2007278370.tif 000003
ここに、ａ、ｂはそれぞれ動圧発生溝凹設部の外径と内径の大きさである。上記の式の根拠を図８を用いて説明する。図８は中心軸を中心に回転するスラスト軸受Ａを上から見た図である。そして、直径φｃの外側と内側に半径ｒ１、ｒ２を座標として導入する。この場合、直径φｃの内側と外側の面積が等しいとすると次式が成立する。
【００１２】
【数２】
2007278370.tif 000004
この式から数１で示したφｃが求まることとなる。なお、この場合、図９に示すようにφｃの内側と外側ではヘリングボーン溝の個々の形状は同一であるから、Ｓ１＝Ｓ２の関係が成立する。
【００１３】
以上のように決定されたφｃに基づくヘリングボーン溝によりスラスト方向の動圧を発生させる動圧軸受を設計していたのが現状であった。
【特許文献１】特開平２−１８０３１１号公報
【特許文献２】特開平２−１５４８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の技術により設計された動圧軸受においてオイル漏れが大きな問題になっていた。特にオイル開口部がスラスト軸受部の回転中心側にある図１、図２のような構造の場合には、回転時に衝撃等の外乱があるとオイルが漏れやすいという問題があった。
【００１５】
これは、上記直径φｃの決定方法に問題があったものと考えられる。すなわち、ラジアル方向の動圧発生部においては、中心軸からの距離が一定であるためその周速度は該発生部のどの位置においても等速である。しかし、スラスト方向の動圧発生部においてはその周速度は、回転中心から離れるほど速くなる。その結果、上記のように、φｃの値を動圧発生溝の面積を等分割するように決定すると、回転中心から作動オイルを外側に押し出す力より、回転中心に向かって吸引する力の方が大きくなる。このことは、オイル開口部がスラスト軸受部の回転中心側にある図１、図２のような構造の動圧軸受において、オイル漏れが発生する原因となるのである。
【００１６】
本発明は、以上の点に着目してなされたもので、スラストパターンにより発生する吸引力を回転中心から外側に働くようにし、オイル開口部からのオイル漏れを防ぐことが可能な動圧軸受及びこれを用いた動圧軸受モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上述の目的を達成するため、以下（１）〜（３）の構成を備えるものである。
【００１８】
（１）スラスト軸受と、該スラスト軸受の中心部に設置された回転中心軸と、前記スラスト軸受の表面上に形成され、オイルが充填されたスラスト方向の動圧発生部と、前記回転中心軸側に前記オイルの開口部を有する動圧軸受において、
前記スラスト軸受の動圧発生部の内周側で発生する前記オイルの回転による運動量が、該軸受の動圧発生部の外周側で発生する前記オイルの回転による運動量より大きくなるように、前記スラスト軸受のスラストパターンが凹設されている、
ことを特徴とする動圧軸受。
【００１９】
（２）前記スラストパターンがヘリングボーン溝であることを特徴とする、
前記（１）記載の動圧軸受。
【００２０】
（３）前記（１）又は前記（２）記載の動圧軸受を回転中心部に有する、
ことを特徴とする動圧軸受モータ。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、上記の構成を備えることにより、オイル開口部からのオイル漏れを防止することが可能な動圧軸受及びこれを用いた動圧軸受モータを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例を図１と図５を用いて説明する。
【００２４】
図１は本発明に係わる動圧軸受を示した図であり、その構造は基本的には従来例の動圧軸受を示した図３と同じである。また、本図において斜線部は回転部を示している。
【００２５】
図５は、本発明に係る動圧軸受のスラスト方向の動圧発生部における、へリングボーン溝の形状を示した図である。この図において、へリングボーン溝の形状自体は従来例と同一である。また、動圧発生溝であるヘリングボーン溝が形成されている部分の内径（φｂ）と外径（φａ）は、従来例における内径と外径に等しいものとする。ただし、動圧発生溝の中心線の直径（φｄ）が、従来例における直径（φｃ）とは相違する。以下に、φｄの決定方法について説明する。
【００２６】
該φｄは、図から判るようにヘリングボーン溝の基準となる円の直径であるが、その直径は該円の内側と外側で発生する作動オイルの運動量が均衡するように定められた直径φｄ′を基に決定されている。φｄ′は次のように決められる。
【００２７】
すなわち、図６に示したように、スラスト軸受部が回転角速度ωで回転しているとすると、φｄ′の外周側の微小部分の運動量は、
２πｒ１ｄｒ１・ωｒ１・ρｔ
と表わせる。ここに、ρは作動オイルの質量、ｔは溝の深さである。一方、φｄ′の内周側の微小部分の運動量は、
２πｒ２ｄｒ２・ωｒ２・ρｔ
となる。直径φｄ′は内側と外側の作動オイルの運動量が均衡する位置を示すものであるから、次式が成立する。
【００２８】
【数３】
2007278370.tif 000005
本式からφｄ′は、次のようになる。
【００２９】
【数４】
2007278370.tif 000006
本式のｄ′は、内側と外側の作動オイルの運動量が均衡する位置であると言える。したがって、この位置を基準にヘリングボーン溝が形成されていれば、モータになんらの外乱が加わらない状態であればオイル漏れは発生しないこととなる。
【００３０】
しかし、実際にはモータに振動、衝撃等の外乱が加わるのが一般的であり、その場合オイル漏れが発生することとなる。
【００３１】
そこで、実際の基準円の直径φｄは上記φｄ′より少し大きめ、例えば
ｄ＝１．０１〜１．１ｄ′
の直径を採用することとする。これにより、作動オイルを回転中心に向かわせる力よりも、外側に排出しようとする力の方が大きくなり、モータに外乱が付加されたとしても、容易にオイルもれが発生しない機能を有することになる。かかる事情を、図７を用いて更に詳しく説明する。
【００３２】
本実施例におけるヘリングボーン溝は対数螺旋の形状であり、その先端の接線角度が１５°と−１５°であるとする。
【００３３】
ここで、ｐはφｄより内周側のへリングボーン溝による作動オイルの運動量、ｑはφｄより外周側のへリングボーン溝による作動オイルの運動量であり、ｘはｐとｑとが合成された運動量である。今の場合、上記説明よりｐ＞ｑの関係が成立する。
【００３４】
ｘは直径φｄの円に対してθの角度をなすとした場合、周方向の成分ｘ・ｃｏｓθと法線方向の成分ｘ・ｓｉｎθに分割できる。ｘ・ｃｏｓθはスラスト方向の動圧を発生させるための成分であり、ｘ・ｓｉｎθは回転中心から外周側への力を発生させるための成分である。このｘ・ｓｉｎθにより、動圧軸受を用いたモータに衝撃等の外乱が発生した場合でもオイル漏れを起こさない動圧軸受モータを提供することができる。
【実施例２】
【００３５】
本発明に係わる第２の実施例を、図２を用いて説明する。
【００３６】
本実施例では、ラジアル方向の動圧発生部がシャフト２とスリーブ６の隙間で形成されるのは実施例１と同様である。しかし、本実施例ではスラスト軸受が１個であり、その上下面でスラスト方向の動圧発生部が形成されている。
【００３７】
本実施例においても、そのスラストパターンであるへリングボーン溝は前記実施例１と同様に、動圧発生部の内周側で発生する作動オイルの回転による運動量が、外周側で発生する運動量より大きくなるように凹設されている。
【００３８】
本実施例は、実施例１の軸受よりも軸損失の少ない軸受を設計する場合に採用されるが、回転時にオイル漏れを起こさないという機能を有することは実施例１の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係る動圧軸受を示す図である。
【図２】本発明の実施例２に係る他の動圧軸受を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る動圧軸受を有するＨＤＤ用スピンドルモータを示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るへリングボーン溝が凹設されたシャフトを示す図である。
【図５】本発明の動圧軸受のスラストパターンを示す図である。
【図６】本発明の動圧軸受のスラストパターンを説明するための図である。
【図７】本発明の動圧軸受のスラストパターンにより発生する力を説明するための図である。
【図８】従来の動圧軸受のスラストパターンを説明するための図である。
【図９】従来の動圧軸受のスラストパターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  中心軸
２  シャフト
３  スペーサ
４  スラスト軸受Ａ
５  スラスト軸受Ｂ
６  スリーブ
７  ハブ
８  ベース
９  カバー
１１  止めリング
１２  ロータ磁石
１３  ステータ
１４  シールド板
１５  クランプ
１６  ディスク
２０  スラスト板
２１  スラスト軸受
Ａ１  開口部
Ｂ１  オイル
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  動圧発生部
【図１】
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【図２】
2007278370.tif 000008
【図３】
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【図４】
2007278370.tif 000010
【図５】
2007278370.tif 000011
【図６】
2007278370.tif 000012
【図７】
2007278370.tif 000013
【図８】
2007278370.tif 000014
【図９】
2007278370.tif 000015