(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方が他方に対して回転自在に支持された軸体と軸受体との間に連続して潤滑流体を充填した動圧流体軸受装置であって、
前記軸体と前記軸体に対向する前記軸受体の少なくとも何れかの面にヘリングボーン形状の動圧発生溝を形成してラジアル軸受部を設け、
前記軸体の側に設けられ、前記軸体の軸半径よりも大きい外周半径を有するスラストフランジとこのスラストフランジと対向する前記軸受体の側の面の少なくともいずれかに、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧発生溝を形成してスラスト軸受部を設け、
前記ラジアル軸受部と前記スラスト軸受部との連結部分である前記ラジアル軸受部の一端側に、前記軸体と前記軸受体の少なくとも一方に環状の切り欠き空間を形成し、前記ラジアル軸受部の他端側において前記軸受体は開口し、
前記環状の切り欠き空間は、前記ラジアル軸受部の前記動圧発生溝の端部に連結するように形成され、かつ前記環状の切り欠き空間の最大深さは前記ラジアル軸受部の前記動圧発生溝の溝深さよりも深い動圧流体軸受装置。
【請求項２】
前記環状の切り欠き空間を前記軸体と前記軸受体の両方に形成した請求項１記載の動圧流体軸受装置。
【請求項３】
軸体の先端に設けられたスラストフランジを相対回転自在に支持すると共に、前記スラストフランジに対向配置された平板状のスラストプレートによって、前記軸体と前記スラストフランジとを覆うように閉鎖したスリーブを有し、前記スリーブと前記スラストプレートとで覆われた空間に潤滑流体を連続して充填した動圧流体軸受装置であって、
前記スラストフランジと、前記スラストフランジと対向する前記スラストプレートの少なくともいずれかにポンプインタイプのスパイラル形状の動圧発生溝を形成してスラスト軸受部を設けるとともに、
前記動圧発生溝の内周端部に当接するように配設され、かつその最大深さは前記動圧発生溝よりも深い環状でかつ有底の切り欠き空間を形成した、動圧流体軸受装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の動圧流体軸受装置を有するスピンドルモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のスピンドルモータを有するハードディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動圧流体軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク等の高速スピンドルモータには、一方が他方に対して回転自在に支持された軸体と軸受体との間に流体を充填した動圧流体軸受装置が使用されている。
【０００３】
図１５は、従来の動圧流体軸受装置１ｅを示す。
シャフト２にスラストフランジ３が固定されて軸体４が形成され、固定軸としてのシャフト２に回転自在に支持されたスリーブ５の一端側にはスラストプレート６が取り付けられ軸受体７が形成されている。
【０００４】
シャフト２とスリーブ５の内周面との間隙、スリーブ５とスラストフランジ３およびスラストプレート６との間隙には潤滑油８が充填されている。
シャフト２の外周面には上側とスラストフランジ３の側にへリングボーン形状の動圧発生溝９ａが形成され、ラジアル軸受部が構成される。また、スラストフランジ３の両面にはへリングボーン形状の動圧発生溝９ｂが形成され、スラスト軸受部が構成される。
【０００５】
この動圧流体軸受装置１ｅでは、軸受体７が回転すると動圧発生溝９ａ，９ｂが潤滑油８をポンピングするため圧力が高まり、軸体４と軸受体７とが非接触で支持されラジアル軸受とスラスト軸受の機能が付与される。
【０００６】
【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動圧流体軸受装置１ｅでは、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０において、潤滑油８がラジアル軸受部のへリングボーン溝９ａとスラスト軸受部のへリングボーン溝９ｂのポンピング作用により引っ張られるため負圧が発生する。その結果、ラジアル軸受部とスラスト軸受部に発生する動圧力が低くなり、圧力損失が発生する。
【０００７】
また、軸体４や軸受体７の偏心や傾き等によるラジアル軸受部とスラスト軸受部の圧力変動が互いに影響し合い、スラストフランジ３が不安定になるという問題がある。
【０００８】
さらに、スラストフランジ３に形成された動圧発生溝９ｂの外周側あるいは内周側ではポンピング作用により負圧が発生して軸受剛性が低下し、軸受の損失となるという問題がある。
【０００９】
本発明は前記問題点を解決し、負圧の発生を抑え、軸受剛性の低下を低減できる動圧流体軸受装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の動圧流体軸受装置は、負圧の発生を低減する環状の切り欠き空間を設けたことを特徴とする。
【００１１】
この本発明によると、負圧の発生による動圧軸受の損失を緩和できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の動圧流体軸受装置は、一方が他方に対して回転自在に支持された軸体と軸受体との間に連続して潤滑流体を充填した動圧流体軸受装置であって、軸体とこの軸体に対向する軸受体の少なくとも何れかの面にヘリングボーン形状の動圧発生溝を形成してラジアル軸受部を設け、軸体の側に設けられ、軸体の軸半径よりも大きい外周半径を有するスラストフランジとこのスラストフランジと対向する軸受体の側の面の少なくともいずれかに、ポンプインタイプのスパイラル形状の動圧発生溝を形成してスラスト軸受部を設け、ラジアル軸受部とスラスト軸受部との連結部分である前記ラジアル軸受部の一端側に、軸体と軸受体の少なくとも一方に環状の切り欠き空間を形成し、前記ラジアル軸受部の他端側において軸受体は開口し、環状の切り欠き空間は、ラジアル軸受部の動圧発生溝の端部に連結するように形成され、かつ環状の切り欠き空間の最大深さはラジアル軸受部の動圧発生溝の溝深さよりも深いことを特徴とする。
【００１３】
この構成によると、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部において、ラジアル軸受部のへリングボーン溝と、スラスト軸受部のポンピング作用により発生する負圧を緩和して動圧軸受の損失を低減できるとともに、圧力変動によるラジアル軸受部とスラスト軸受部の互いの影響を抑制できる。
【００１４】
本発明の請求項２記載の動圧流体軸受装置は、請求項１において、環状の切り欠き空間を軸体と軸受体の両方の側に形成したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項３記載の動圧流体軸受装置は、軸体の先端に設けられたスラストフランジを相対回転自在に支持すると共に、スラストフランジに対向配置された平板状のスラストプレートによって、軸体とスラストフランジとを覆うように閉鎖したスリーブを有し、スリーブとスラストプレートとで覆われた空間に潤滑流体を連続して充填した動圧流体軸受装置であって、スラストフランジと、スラストフランジと対向するスラストプレートの少なくともいずれかにポンプインタイプのスパイラル形状の動圧発生溝を形成してスラスト軸受部を設けるとともに、動圧発生溝の内周端部に当接するように配設され、かつその最大深さは動圧発生溝よりも深い環状でかつ有底の切り欠き空間を形成したことを特徴とする。
【００２３】
この構成によると、スパイラル溝の内周端部に発生する負圧を解消できる。
【００２４】
以下、本発明の実施例について、図１〜図１４を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図８は、本発明の（実施の形態１）を示す。
【００２５】
この（実施の形態１）では、図１に示す動圧流体軸受装置１ａに、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０の負圧の発生を低減する環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃを設けた点で従来例とは異なる。
【００２６】
詳細には、動圧流体軸受装置１ａは、シャフト２にスラストフランジ３が固定された軸体４によってスリーブ５とスラストプレート６とからなる軸受体７が回転自在に支持されている。スラストフランジ３は圧入等によって固定軸としてのシャフト２の外周部に固定され、スラストプレート６は接着等によりスリーブ５の下端部に固定されている。
【００２７】
シャフト２とスリーブ５の内周面との間隙、スリーブ５とスラストフランジ３およびスラストプレート６との間隙には、流体として潤滑油８が充填されている。
【００２８】
スリーブ５の内周面にはヘリングボーン形状の動圧発生溝９ａが形成されてラジアル軸受部が構成される。一方、円板状のスラストフランジ３には、スリーブ５およびスラストプレート６に対向する面に、図２に示すようにヘリングボーン形状の動圧発生溝９ｂが形成され、スラスト軸受部が構成される。動圧発生溝９ｂの内周部にある環状の溝は、スラストフランジ３に形成された環状の切り欠き空間１１ｃである。
【００２９】
ラジアル軸受部とスラスト軸受部との連結部１０には、軸体４側であるシャフト２とスラストフランジ３、また軸受体７側のスリーブ５の内周面の全周にわたって環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成されている。
【００３０】
このように構成された動圧流体軸受装置１ａでは、軸体４に対して軸受体７が回転するとヘリングボーン形状の動圧発生溝９ａ，９ｂによって動圧が発生し、軸体４と軸受体７とが非接触で支持される。このときラジアル軸受部とスラスト軸受部との連結部１０には、上述のように環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成されているため、連結部１０に発生する負圧を緩和して動圧の損失を抑制できる。
【００３１】
以下、具体例に基づき環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃとラジアル軸受部とスラスト軸受部との連結部１０に発生する負圧との関係を説明する。
上記のように構成された動圧流体発生装置１ａにおいて、シャフト２の半径を０．５ｍｍから３ｍｍ、スラストフランジ３の半径をシャフト２の半径の２倍から３倍、ラジアル軸受部におけるシャフト２とスリーブ５内周面との間隙を３μｍから１０μｍ、スラスト軸受部のスリーブ５とスラストフランジ３との間隙を３μｍから１０μｍに変化させるとともに、動圧発生溝９ａ，９ｂの溝角度、偏心率を変化させ、それぞれの場合における環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃの断面積と断面形状を変化させた。なお、断面形状は四角形と三角形に変化させた。
【００３２】
そして、ラジアル方向に沿った断面における環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃの占める断面積の合計面積をａ、シャフト２の半径をｒとしたときのａ／ｒ2と、負圧の減少比との関係を求めた。
【００３３】
なお、負圧の減少比とは、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成されていない場合、すなわちａ／ｒ2＝０のときのラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０の負圧を１として、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成された場合の負圧の減少を求めたものである。
【００３４】
得られた解析結果を図３に示す。
ａ／ｒ2の値の変化に応じて、負圧はほぼ斜線部Ａの範囲で変化した。
ところで、上記のようにラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０に環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成されていない場合には、例えばスリーブ５が偏心するとラジアル軸受部に圧力変動が生じる。ラジアル軸受部の圧力変動が生じると、スラスト軸受部にも影響を与えスラスト軸受部にも圧力変動が生じる。
【００３５】
そこで、ラジアル軸受部、例えばスリーブ５に偏心が生じた際の圧力変動がスラスト軸受部へ与える影響を調べるために、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃの形状、および軸受形状を上記と同様に変化させて解析を行った。
【００３６】
ここでは、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成されていない場合すなわちａ／ｒ2＝０のときにラジアル軸受部が偏心した場合に、スラスト軸受部の最大圧力と最小圧力の差を１とし、偏心していない場合の最大圧力と最小圧力の差を０として、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃが形成された場合の圧力差を求めた。
【００３７】
得られた解析結果を図４に示す。
このときの圧力の影響は、ほぼ斜線部Ｃの範囲で変化した。
以上、図３，図４より、ラジアル方向に沿った断面における環状の切り欠き空間の占める合計面積ａと軸体の軸半径ｒとをａ≧０．０１×ｒ2と設定することで、負圧を１０％以上解消でき、さらに、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の圧力変動が互いに影響する度合いを１５％以下にできる。
【００３８】
また、図５に示すように、上記と同様に構成された動圧流体軸受装置１ｂにおいて、環状の切り欠き空間１１ａと動圧発生溝９ｃの下端とを当接させ、動圧発生溝９ｃと環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃを連結させた形状とするとともに、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃの最大深さを動圧発生溝９ｃよりも深くするよう構成すると、さらにラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０における負圧の発生を低減できる。
【００３９】
ここでは、動圧発生溝９ｃの深さを１０μｍ、環状の切り欠き空間１１ａの最大の深さを１０μｍ〜１００μｍまで変化させて、上記と同様にａ／ｒ2の値と負圧の減少比とを測定した。
【００４０】
この動圧流体発生装置１ｂによるａ／ｒ2の値の変化に応じて負圧は、ほぼ斜線部Ｂの範囲で変化した。
また、ａ／ｒ2の値の変化と最大圧力と最小圧力の差は、上記図４とほぼ同様になった。
【００４１】
図３の斜線部Ｂ、図４の解析結果より、ａ≧０．００５×ｒ2に設定すると、負圧が５０％以上解消できる。
このように、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０に環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃを設けることで、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部に発生する負圧を低減でき、また、軸の偏心や傾きなどによるラジアル軸受部とスラスト軸受部の互いの圧力変動の影響を低減して、軸受剛性の低下を低減できる。
【００４２】
なお、上記説明では、環状の切り欠き空間１１ａ〜１１ｃを、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部１０の軸体４と軸受体７の両方の側に形成したが、いずれか一方のみに形成してもよい。また、シャフト２とスラストフランジ３の両方の側に環状の切り欠き空間を形成したが、いずれか一方であってもよい。また、環状の切り欠き空間のラジアル軸方向への断面形状も特に限定されるものではなく、任意の形状でよい。
【００４３】
また、上記説明では、ラジアル軸受部の動圧発生溝９ａ，９ｃをヘリングボーン形状としたが、図６に示すようにラジアル方向に隣接する溝角度が逆方向になるよう配置された一対のスパイラル溝１２ａ，１２ｂを対向させたものであっても同様の効果が得られる。
【００４４】
また、上記説明では、スラスト軸受部の動圧発生溝９ｂの形状をヘリングボーン形状としたが、図７に示すように、ポンプインタイプのスパイラル溝１３としても同様の効果が得られる。なお、この図７では、スラストフランジ３のスパイラル溝１３の外周部に環状の切り欠き空間１１ｄが形成された例を示している。このように、スラストフランジ３に形成される環状の切り欠き空間は動圧発生溝の内周部、外周部のいずれに形成されてもよく、両方の側に形成されてもよい。
【００４５】
また、シャフト２の下側にスラストフランジ３が形成された動圧発生装置１ａ，１ｂだけでなく、図８に示すように、シャフト２ａの上端に動圧発生溝９ｅが形成されたスラストフランジ３ａが固定された動圧流体発生装置１ｃであっても同様の効果が得られる。ここで、５ａはスリーブ、６ａはスラストプレート、９ｄはヘリングボーン形状の動圧発生溝である。
【００４６】
（実施の形態２）
図９〜図１４は、本発明の（実施の形態２）を示す。
この（実施の形態２）では、スラスト軸受部の構成について説明する。
【００４７】
図９に示すように、一方が他方に対して回転自在に支持されたスラスト軸受部を有する動圧流体軸受装置１ｄにおいて、スラストプレート６ｂにスリーブ５ｂが接着等により固定されて構成された軸受体と、スラストフランジ３ｂとが対向して配置されている。
【００４８】
スラストフランジ３ｂとスリーブ５ｂおよびスラストプレート６ｂとの間には、潤滑油８が充填されている。
スラストフランジ３ｂのスラストプレート６ｂとの対向面には、図１０に示すように、ヘリングボーン形状の動圧発生溝９ｅが形成されており、動圧発生溝９ｅの外周端部に接するように環状の切り欠き空間１１ｅが形成され、動圧発生溝９ｅと環状の切り欠き空間１１ｅとが連結されている。
【００４９】
ここで、環状の切り欠き空間１１ｅの最大深さは動圧発生溝９ｅの深さよりも深くすることが好ましい。また、この環状の切り欠き空間７７ｅの断面形状は特に限定されるものではなく任意の形状でよい。
【００５０】
このように構成された動圧流体軸受装置１ｄでは、スラストフランジ３ｂに対して軸受体が回転するとヘリングボーン形状の動圧発生溝９ｅによって動圧が発生し、スラストフランジ３ｂと軸受体とが非接触で支持される。このとき、スラストフランジ３ｂには環状の切り欠き空間１１ｅが形成されているため、スラスト軸受部における負圧を緩和して動圧の損失を緩和できる。
【００５１】
以下、具体例に基づき環状の切り欠き空間１１ｅと負圧との関係を説明する。
上記のように構成された動圧流体発生装置１ｄにおいて、ラジアル方向に沿った環状の切り欠き空間１１ｅの占める断面積の合計面積をａ、へリングボーン形状の動圧発生溝１１ｅの外側半径をｒとしたときのａ／ｒ2と負圧の減少比との関係を、さまざまな軸受形状、環状の切り欠き空間の形状を変化させて解析を行った。
【００５２】
ここでの負圧の減少比とは、環状の切り欠き空間１１ｅが形成されていない場合すなわちａ／ｒ2＝０のときの負圧を１として、環状の切り欠き空間１１ｅが形成された場合の負圧の減少を求めたものである。
【００５３】
得られた解析結果を図１２に示す。
ａ／ｒ2の値の変化に応じた負圧は、ほぼ斜線部Ｄの範囲で変化した。
また、ａ≧０．００２５×ｒ2に設定することで負圧を７０％以上解消し、動圧軸受の損失を少なくできる。
【００５４】
なお、上記説明では動圧発生溝９ｅをヘリングボーン形状としたが、図１１に示すように、ポンプインタイプのスパイラル溝１３ａとしてもよい。
また、図１３，１４に示すように、動圧発生溝９ｅの内周端部に接するように環状の切り欠き空間１１ｆを形成してもよい。
【００５５】
この場合についても上記と同様に環状の切り欠き空間４５の断面積をａとし、へリングボーン溝５４の内側半径をｒとしたて負圧の変化を測定したところ、図１２の斜線部Ｄとほぼ同様に変化した。
【００５６】
従って、動圧発生溝９ｅの内周端部に接するように環状の切り欠き空間１１ｆを形成した場合においても、ａ≧０．００２５×ｒ2と設定することで負圧を７０％以上解消でき、動圧軸受の損失を少なくできる。
【００５７】
また、上記各実施の形態では、流体として潤滑油を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、流体として気体、具体的には空気を用いてもよい。このような構成とすると、潤滑油を使用する必要がなくなり、コストダウンが図れる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の動圧流体軸受装置によれば、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の連結部に環状の切り欠き空間を設けることで、連結部に発生する負圧を緩和し、動圧流体軸受の損失を少なくするとともに、ラジアル軸受部とスラスト軸受部の圧力変動が互いに影響し合うのを防止できる。
【００５９】
また、環状の切り欠き空間を設けることで、軸体の偏心や傾き等によるラジアル軸受部とスラスト軸受部の圧力変動が互いに影響し合うことを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（実施の形態１）における動圧流体軸受装置の断面図
【図２】図１のスラスト軸受部の平面図
【図３】本発明の（実施の形態１）における環状の切り欠き空間と負圧の減少比との関係を示すグラフ
【図４】本発明の（実施の形態１）における環状の切り欠き空間と最大圧力と最小圧力の差との関係を示すグラフ
【図５】本発明の（実施の形態１）における図１とは別の動圧流体軸受装置の断面図
【図６】本発明の（実施の形態１）における図２とは別のスラスト軸受部の平面図
【図７】本発明の（実施の形態１）における図１，図５とは別の動圧流体軸受装置の断面図
【図８】本発明の（実施の形態１）における図１，図５とは別の動圧流体軸受装置の断面図
【図９】本発明の（実施の形態２）におけるスラスト軸受部の断面図
【図１０】図９のスラストフランジの平面図
【図１１】図９とは別の形状の動圧発生溝を示す平面図
【図１２】本発明の（実施の形態２）における環状の切り欠き空間と最大圧力と最小圧力の差との関係を示すグラフ
【図１３】図９とは別の例を示すスラスト軸受部の断面図
【図１４】図９のスラストフランジの平面図
【図１５】従来の動圧流体軸受装置の断面図
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ    動圧流体発生装置
２      スリーブ
３      スラストフランジ
４      軸体
５      スリーブ
６      スラストプレート
７      軸受体
８      潤滑油
９ａ〜９ｄ  動圧発生溝
１０      連結部
１１ａ〜１１ｆ  環状の切り欠き空間
【図１】
0004338281.tif 000002
【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】
0004338281.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004338281.tif 000011
【図１１】
0004338281.tif 000012
【図１２】
0004338281.tif 000013
【図１３】
0004338281.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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