JP2000186717A - 流体動圧軸受、スピンドルモ―タ、及び回転体装置 - Google Patents

流体動圧軸受、スピンドルモ―タ、及び回転体装置

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JP2000186717A
JP2000186717A JP11280978A JP28097899A JP2000186717A JP 2000186717 A JP2000186717 A JP 2000186717A JP 11280978 A JP11280978 A JP 11280978A JP 28097899 A JP28097899 A JP 28097899A JP 2000186717 A JP2000186717 A JP 2000186717A
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sleeve
peripheral surface
dynamic pressure
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Hiromitsu Goto
廣光 後藤
Isamu Takehara
勇 竹原
Yukihiro Nakayama
幸博 中山
Ryoya Yoneyama
良冶 米山
Takafumi Suzuki
隆文 鈴木
Toshiharu Kogure
利春 小榑
Tadao Iwaki
岩城  忠雄
Naoki Kawada
直樹 川和田
Atsushi Ota
敦司 太田
Koji Nitori
幸治 似鳥
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Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャフト両端固定型液体軸受において、傾け
ても潤滑油が漏洩しないようにすること。 【解決手段】 利用装置に両端を夫々固定される固定シ
ャフト1と、その内周面と固定シャフト1との外周面と
の間に第1微小隙間5を形成するように配置された回転
スリーブ2と、その内周面と回転スリーブ2の外周面と
の間に第2微小隙間6を形成するように配置された固定
スリーブ3とによって、二重スリーブ型流体動圧軸受を
構成した。そして、第1微小隙間5と第2微小隙間6の
各一方の端部は大気に接する開口端11,12とし、且
つ第1微小隙間5と第2微小隙間6の各他方の端部は連
通する閉塞端とし、これらの微小隙間には潤滑油18を
充填した。更に、第1微小隙間5には動圧発生溝8a,
8bを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術範囲】本発明はハードディスクドラ
イブ(HDD)装置等の回転体装置、この回転体装置の
駆動源として用いられるスピンドルモータ、及びこのス
ピンドルモータの軸受に適した流体動圧軸受であって、
そのシャフトの両端をネジ等で利用装置のシャーシー等
に固定できるシャフト両端固定型流体動圧軸受に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】空気動圧軸受は、軽く、きれいに、滑ら
かに回り、暑さや寒さに強く、長持ちし、しかも潤滑油
を用いないのでディスク等の媒体を汚すことがないとい
う優れた特長を有することから、HDD装置、光ディス
ク装置、光偏向装置等の回転体装置に広く使われてい
る。しかしなら、最近は処理すべき情報量が非常に増加
し、特に大容量HDD装置において5枚以上もの多数の
ディスクを回転駆動しなければならなくなってきたが、
空気動圧軸受ではこの要求に応えられなくなった。そこ
で、空気動圧軸受よりも大きな負荷荷重を支持できる流
体動圧軸受がHDD装置に採用されるようになった。
【0003】流体動圧軸受の基本的な構成並びに動作
は、例えば米国特許第5112142号、米国特許第5
524985号、米国特許第5524986号、米国特
許第5533812号等に開示されている。
【0004】従来の流体動圧軸受、特にスリーブが回転
する流体動圧軸受を、シャフトを利用装置に固定する方
法で分けると2種類ある。1つは図13に示すシャフト
一端固定型流体動圧軸受、他は図14に示すシャフト両
端固定型流体動圧軸受である。先ず図13に示す流体動
圧軸受は、下端を利用装置のシャーシー16等の固定部
にネジ15により固定された固定シャフト1と、上端が
蓋部材20により完全に閉じられ且つ下端がキャピラリ
ーシールを形成する開口11を有する回転スリーブ2で
構成されている。次に図7に示す流体動圧軸受は、両端
を利用装置のシャーシー16等の固定部にネジ14と1
5により夫々固定された固定シャフト1と、下端と上端
にキャピラリーシールを形成する開口11aと11bを
夫々有する回転スリーブ2で構成されている。
【0005】これら図13と図14において8、8a及
び8bはアキシャル動圧発生溝、9aと9bはスラスト
動圧発生溝である。5、5a、5b、17a、17b及
び17cは固定シャフト1と回転スリーブ2の間に形成
された微小隙間である。これらの微小隙間には、潤滑油
18が充填されている。微小隙間の幅は、流体動圧軸受
のサイズにもよるが、通常は2〜15μmである。13
aは固定シャフトの上側ネジ孔で、13と13bは下側
ネジ孔である。
【0006】図13に示すシャフト一端固定型流体動圧
軸受においては、微小隙間5、17a、17b及び17
cに充填された潤滑油18はテーパー状の開口11で大
気と接触しているが、この開口によるキャピラリーシー
ルと表面張力によって、充填された潤滑油18が微小隙
間の外に漏洩しないようになっている。特に、微小隙間
17a、17b及び17cは閉塞端を形成している。
【0007】このような閉塞端を有する微小隙間構造、
言わば片袋を有する微小隙間構造のために充填された潤
滑油18が開口11から漏洩し難くなっている。他方、
図7に示すシャフト両端固定型流体動圧軸受において
は、微小隙間5a、5b、17a、17b及び17cに
充填された潤滑油18はテーパー状の上側開口11aと
下側開口11bで大気と接触しているが、これらの開口
によるキャピラリーシールと表面張力によって、充填さ
れた潤滑油18が微小隙間の外に漏洩しないようになっ
ている。
【0008】上記の如き構成の従来装置において、図1
3に示すシャフト一端固定型流体動圧軸受は微小隙間に
閉塞端部が形成されているので傾けても充填された潤滑
油が漏洩し難くシール性に優れているが、シャフト1は
下端のみの一端固定であるために高速回転時に才差運動
が発生して回転が不安定になるという欠点がある。逆
に、図14に示すシャフト両端固定型流体動圧軸受はシ
ャフト1が両端で固定されているために高速回転時に才
差運動が発生することがなく回転は安定しているが、微
小隙間は上側と下側の両方で大気に開口しているために
シール性が十分でないという問題がある。上下のアキシ
ャル動圧発生溝8aと8bの間の微小隙間に空気溜を形
成し表面張力を大きくしても、流体動圧軸受を傾けて水
平にすると表面張力は急激に小さくなる。更に、この状
態で温度変化や外部からの衝撃が加えられると、微小隙
間に充填された潤滑油は容易に外部に漏洩してしまう。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする第1
の課題は、シャフト両端固定型流体動圧軸受において、
高速回転時には勿論のこと静止時に傾けても高いシール
性が保持されるようにすることである。解決しようとす
る第2の課題は、上記のシャフト両端固定型流体動圧軸
受において、軸受の回転摩擦を小さくすることである。
解決しようとする第3の課題は、安定した高速回転を持
続でき、しかも消費電力を減少させたスピンドルモータ
を提供することである。解決しようとする第4の課題
は、多数のハードディスク等の回転体を高速で円滑に回
転駆動できる回転体装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記第1ないし第2の課
題を解決する請求項1の発明は、固定シャフトを中心に
して、その外側に回転スリーブ、更にその外側に固定ス
リーブを同軸に配置して二重スリーブ構造のシャフト両
端固定型流体動圧軸受を構成した。そして固定シャフト
と回転スリーブとの間に形成された第1微小隙間と回転
スリーブと固定スリーブとの間に形成された第2微小隙
間の各一方の端部を大気に接する開口端とし且つ各他方
の端部を直接連通して閉塞端とした。これらの微小隙間
には潤滑油を充填し、第1微小隙間にはアキシャル動圧
発生溝を形成した。
【0011】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項2の発明は、請求項1の二重スリーブ構造のシャフト
両端固定型流体動圧軸受にホルダー部材を追加し、この
ホルダー部材と固定スリーブとの間に第3微小隙間を形
成し、第1微小隙間と第2微小隙間の各一方の端部を大
気に接する開口端とし且つ各他方の端部を第3微小隙間
を介し連通して閉塞端としたものである。これらの微小
隙間には潤滑油を充填し、第1微小隙間にはアキシャル
動圧発生溝を形成した。
【0012】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項3の発明は、請求項1又は2の二重スリーブ構造のシ
ャフト両端固定型流体動圧軸受において、第1微小隙間
と第2微小隙間の各開口端の高さを略同一にしたもので
ある。
【0013】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項4の発明は、請求項2の二重スリーブ構造のシャフト
両端固定型流体動圧軸受において、固定シャフトを円柱
状部材、回転スリーブを円筒状部材、更に固定スリーブ
も円筒状部材としたものである。
【0014】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項5の発明は、請求項2の二重スリーブ構造のシャフト
両端固定型流体動圧軸受において、固定シャフトを円柱
状部材、回転スリーブを円錐台状断面を有する部材、更
に固定スリーブを回転スリーブの円錐面との間に第2微
小隙間を形成する内周面を有する部材としたものであ
る。
【0015】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項6の発明は、請求項1の二重スリーブ構造のシャフト
両端固定型流体動圧軸受において、回転スリーブを半球
部を有する部材とし、且つ固定スリーブを回転スリーブ
の半球面との間に第2微小隙間を形成する内周面を有す
る部材としたものである。
【0016】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項7の発明は、請求項2の二重スリーブ構造のシャフト
両端固定型流体動圧軸受において、固定シャフトを上部
と下部に夫々大径部を有する円柱状部材とし、且つ回転
スリーブを固定シャフトの外周面との間に第1微小隙間
を形成する内周面を有する部材としたものである。
【0017】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項8の発明は、請求項2の二重スリーブ構造のシャフト
両端固定型流体動圧軸受において、固定シャフトを中間
部に小径部を有する円柱状部材とし、且つ回転スリーブ
を固定シャフトの外周面との間に第1微小隙間を形成す
る内周面を有する部材としたものである。
【0018】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項9の発明は、請求項1又は2の二重スリーブ構造のシ
ャフト両端固定型流体動圧軸受において、動圧を発生で
きる範囲内で第2微小隙間を第1微小隙間よりも幅を大
きくしたものである。
【0019】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項10の発明は、請求項1又は2の二重スリーブ構造の
シャフト両端固定型流体動圧軸受において、第1微小隙
間の幅を5〜20μm程度、且つ第2微小隙間の幅を5
0〜500μm程度としたものである。
【0020】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項11の発明は、請求項1又は2の二重スリーブ構造の
シャフト両端固定型流体動圧軸受において、固定スリー
ブの端部に樹脂製カラーを潤滑油のシール手段として取
り付けたものである。
【0021】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項12の発明は、請求項11の二重スリーブ構造のシャ
フト両端固定型流体動圧軸受において、樹脂製カラーに
フッ素系樹脂製カラーを採用したものである。
【0022】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項13の発明は、請求項11の二重スリーブ構造のシャ
フト両端固定型流体動圧軸受において、樹脂製カラーに
ポリイミド系樹脂製カラーを採用したものである。
【0023】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項14の発明は、請求項1又は2の二重スリーブ構造の
シャフト両端固定型流体動圧軸受において、回転スリー
ブに、その外端部から径方向外側に水平に延出した円盤
状延出部を形成し、且つ、第2微小隙間の開口に、径方
向外方に湾曲した第1湾曲壁面と同様に径方向外方に湾
曲した第2湾曲壁面とによって、最小溝幅部分から最大
溝幅部分に向けて溝幅が連続的に拡大する湾曲型環状シ
ール溝を形成したものである。
【0024】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項15の発明は、請求項14の二重スリーブ構造のシャ
フト両端固定型流体動圧軸受において、第1湾曲壁面を
固定スリーブの端部に形成し、且つ第2湾曲壁面を回転
スリーブの鉛直外周面と円盤状延出部の下面とを結ぶ壁
面に形成したものである。
【0025】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項16の発明は、請求項1又は2の二重スリーブ構造の
シャフト両端固定型流体動圧軸受において、回転スリー
ブに、その外端部から径方向外側に水平に延出した円盤
状延出部を形成し、且つ、第2微小隙間の開口に、径方
向外方に段階的に傾斜させた複数の環状傾斜面を有する
第1複数傾斜壁面と同様に径方向外方に段階的に傾斜さ
せた複数の環状傾斜面を有する第2複数傾斜壁面とによ
って、最小溝幅部分から最大溝幅部分に向けて溝幅が段
階的に拡大する多段傾斜型環状シール溝を形成したもの
である。
【0026】上記第1ないし第2の課題を解決する請求
項17の発明は、請求項16の二重スリーブ構造のシャ
フト両端固定型流体動圧軸受において、第1複数傾斜壁
面を固定スリーブの端部に形成し、且つ第2複数傾斜壁
面を回転スリーブの鉛直外周面と水平延出部の下面とを
結ぶ壁面に形成したものである。
【0027】上記第3の課題を解決する請求項18の発
明は、軸受に請求項1又は2の発明に係る流体動圧軸受
を採用して構成したスピンドルモータである。
【0028】上記第4の課題を解決する請求項19の発
明は、回転体の駆動源に請求項18の発明に係るスピン
ドルモータを採用して構成した回転体装置である。
【0029】
【発明の実施の態様】図1は本発明の第1実施例の二重
スリーブ構造のシャフト両端固定型流体動圧軸受、及び
この流体動圧軸受を備えたスピンドルモータの断面図で
ある。図1において、流体動圧軸受は、利用装置に両端
が固定された固定シャフト1と、固定シャフト1との間
に第1微小隙間5を形成する回転スリーブ2と、回転ス
リーブ2との間に第2微小隙間6を形成する固定スリー
ブ3と、回転スリーブ2の下端面との間に第3微小隙間
7を形成するホルダー部材4を具備する。
【0030】固定シャフト1の両端部にはネジ孔13a
と13bが形成されており、 これらのネジ孔13aと
13bと螺合するネジ14と15によって、固定シャフ
ト1はHDD装置などの利用装置のシャーシー16にネ
ジ止めされ、強固に固定されている。
【0031】回転スリーブ2は、内周面と外周面とを有
するスリーブ部2aと、ディスク等の回転体を保持する
カップ状ハブ部2bと、カップ状ハブ2bをスリーブ部
2aの上端に固着するための円盤状延出部2cとからな
る部材である。円盤状延出部2cは、回転スリーブ2の
スリーブ部2aの上端から径方向外方に水平に円盤状に
延出した部分であって、スリーブ部2aと一体に形成さ
れている。カップ状ハブ2bは、スピンドルモータのロ
ータ部材としても機能するものであり、ロータマグネッ
ト22はその内周面に配置され取り付けられている。
【0032】固定スリーブ3は、軸受又はスピンドルモ
ータのベースプレートに立設される部材である。このベ
ースプレートを用いていない図1の実施例装置では、固
定シャフト1に同軸に配置され固着された円盤状ホルダ
ー部材4の外周面にその内周面を液密に嵌合させて、固
定スリーブ3はホルダー部材4に立設されている。固定
スリーブ3は、スピンドルモータのステータ部材として
も機能するものであり、ステータコイル23はその外周
面に配置され取り付けられている。
【0033】固定シャフト1の外周面と回転スリーブ2
の内周面との間に形成された第1微小隙間5の上端はテ
ーパー状の開口11となっている。同様に、回転スリー
ブ2の外周面と固定スリーブ3の内周面との間に形成さ
れた第2微小隙間6の上端もテーパー状の開口12とな
っている。回転スリーブ2の下端面と円盤状ホルダー部
材4の上面とで形成された第3微小隙間7は、その一端
を第1微小隙間5の下端に、その他端を第2微小隙間6
の下端に夫々接続されている。要するに、第3微小隙間
7は開口11と12に対しては閉塞端として機能するも
のである。これら第1微小隙間5、第2微小隙間6及び
第3微小隙間7には、潤滑油18が充填されている。
【0034】図1では誇張して示されている微小隙間で
あるが、実際には5〜200μm程度の微小隙間であ
る。このため潤滑油18は、表面張力とキャピラリー現
象によって、その液面レベルがテーパー形状の開口11
と12の各底の部分に保持されて、通常の使用状況にお
いては外部に漏洩しないようになっている。しかも、第
1微小隙間5と第2微小隙間6は夫々の下端が第3微小
隙間7によって連通されて閉塞端が形成されているか
ら、本発明に係る流体動圧軸受を横に傾けても、これら
の微小隙間に充填されている潤滑油18は外部に漏洩し
難くなった。
【0035】アキシャル動圧発生溝8aと8bは、第1
微小隙間5を形成する回転スリーブ2のスリーブ部2a
の内周面に上下に分けて設けられている。スラスト動圧
発生溝9は、第3微小隙間7を形成する回転スリーブ2
のスリーブ部2aの下端面に設けられている。アキシャ
ル動圧発生溝8aと8bはヘリングボーン溝であるが、
他の形状のものでもよい。スラスト動圧発生溝9は円環
状に配置されたヘリングボーン溝であるが、他の形状の
ものでもよい。
【0036】上記の如く構成されたスピンドルモータ
は、ステータコイル23に励磁電流が供給されると、ロ
ータマグネット22の磁界との電磁作用によって回転す
る。すると、第1微小隙間5にはアキシャル動圧発生溝
8aと8bによりアキシャル動圧が発生し、また第3微
小隙間7にはスラスト動圧発生溝9によりスラスト動圧
が発生する。スピンドルモータは、これらの動圧によっ
てハードディスク等の回転体を支持しながら、円滑な高
速回転を持続する。
【0037】以上説明した本発明に係る二重スリーブ構
造のシャフト両端固定型流体動圧軸受は、固定シャフト
1に円柱状部材を、回転スリーブ2に円筒状部材を、そ
して固定スリーブ3に円筒状部材を夫々採用して構成し
たものであった。以下、様々な変形例の中から、微小隙
間を誇張して示した図2ないし図5を参照して4つの実
施例を説明する。
【0038】図2に示す二重スリーブ構造のシャフト両
端固定型流体動圧軸受は、図1に示した流体動圧軸受の
第1変形例である。即ち、図2に示す二重スリーブ構造
のシャフト両端固定型流体動圧軸受は、固定シャフト1
に円柱状部材を、回転スリーブ2に円錐台状部材を、そ
して固定スリーブ3に回転スリーブ1の円錐外周面との
間に第2微小隙間6を形成する円錐内周面を有する部材
を採用して構成したものである。第1微小隙間5は、固
定シャフト1の外周面と回転スリーブ2の内周面との間
に形成されている。第1微小隙間5と第2微小隙間6の
夫々の下端を連通し閉塞端として機能する第3微小隙間
7は、回転スリーブ2の底面とホルダー部材4の上面と
の間に形成されている。第1微小隙間5と第2微小隙間
6の上端に形成されたテーパー状開口11と12は、微
小隙間に充填された潤滑油のキャピラリーシ―ルとして
機能する。
【0039】図3に示す二重スリーブ構造のシャフト両
端固定型流体動圧軸受は、図1に示した流体動圧軸受の
第2変形例である。即ち、図3に示す流体動圧軸受は、
固定シャフト1に円柱状部材を、回転スリーブ2に半球
部を有する部材を、そして固定スリーブ3に回転スリー
ブ2の半球面との間に第2微小隙間6を形成する内周面
を有する部材を採用して構成したものである。第2微小
隙間6は半円形隙間部6aと水平隙間部6bとからな
る。第1微小隙間5は、固定シャフト1の外周面と回転
スリーブ2の内周面との間に形成されている。第1微小
隙間5と第2微小隙間6の夫々の下端は直接連通され、
閉塞端を形成している。第1微小隙間5と第2微小隙間
6の上端に形成されたテーパー状開口11と12は、微
小隙間に充填された潤滑油のキャピラリーシ―ルとして
機能する。
【0040】図4に示す二重スリーブ構造のシャフト両
端固定型流体動圧軸受は、図1に示した流体動圧軸受の
第3変形例である。即ち、図4に示す流体動圧軸受は、
固定シャフト1に上部と下部に夫々大径部を有する円柱
状部材を、回転スリーブ2に固定シャフト1の外周面と
の間に第1微小隙間5を形成する内周面を有する部材
を、そして固定スリーブ3に円筒状部材を採用して構成
したものである。第1微小隙間5は複数の垂直隙間部5
aと複数の水平隙間部5bとからなる。第2微小隙間6
は回転スリーブ2の外周面と固定スリーブ3の内周面と
の間に形成されている。第1微小隙間5と第2微小隙間
6の夫々の下端を連通し閉塞端として機能する第3微小
隙間7は、回転スリーブ2の底面とホルダー部材4の上
面との間に形成されている。第1微小隙間5と第2微小
隙間6の上端に形成されたテーパー状開口11と12
は、微小隙間に充填された潤滑油のキャピラリーシ―ル
として機能する。
【0041】図5に示す二重スリーブ構造のシャフト両
端固定型流体動圧軸受は、図1に示した流体動圧軸受の
第4変形例である。即ち、図5に示す流体動圧軸受は、
固定シャフト1にその中間部に小径部を有する円柱状部
材を、回転スリーブ2に固定シャフト1の外周面との間
に第1微小隙間5を形成する内周面を有する部材を、そ
して固定スリーブ3に円筒状部材を採用して構成したも
のである。第1微小隙間5は複数の垂直隙間部5aと複
数の水平隙間部1bとからなる。第2微小隙間6は回転
スリーブ2の外周面と固定スリーブ3の内周面との間に
形成されている。第1微小隙間5と第2微小隙間6の夫
々の下端を連通し閉塞端として機能する第3微小隙間7
は、回転スリーブ2の底面とホルダー部材4の上面との
間に形成されている。第1微小隙間5と第2微小隙間6
の上端に形成されたテーパー状開口11と12は、微小
隙間に充填された潤滑油のキャピラリーシ―ルとして機
能する。
【0042】次に、図6は本発明に係る流体動圧軸受の
第2実施例を備えたスピンドルモータの断面図である。
【0043】図6に示す流体動圧軸受は、図1に示す流
体動圧軸受とは基本構成は同じであるが、相違点は第2
微小隙間6の構造にある。即ち、図6に示す流体動圧軸
受の第2微小隙間6は、図1に示す流体動圧軸受の第2
微小隙間6よりも隙間の幅を広くしてある。
【0044】第2微小隙間6は第1微小隙間5よりも外
側に配置されているので、これらの微小隙間を流れ回る
潤滑油の速度は同じでなく、外側の第2微小隙間6の方
が大きい。この速度の差が、実際の装置において高速回
転時に安定性を阻害すること、並びに第2微小隙間6に
おける潤滑油18の大きな流速は摩擦を大きくし損失を
増加させることが分かった。
【0045】そこで図6に誇張して示した如く、第1微
小隙間5よりも第2微小隙間6を大きくした。即ち、第
1微小隙間5の幅は5〜20μm程度、第2微小隙間6
の幅は50〜500μm程度とした。この結果、潤滑油
の速度差に起因する高速回転時の不安定性が除去でき
た。第2微小隙間の幅をどの程度に大きくするかは、流
体動圧軸受の構造とサイズや潤滑油の特性等によって実
験的に最適のものが選ばれる。このサイズの中には、第
1微小隙間5の高さと第2微小隙間6の高さも含まれ
る。なお、第3微小隙間7の幅は第1微小隙間5と同程
度に選ばれる。
【0046】このように高速時の安定性がよく、しかも
低損失の流体動圧軸受を採用したスピンドルモータは、
安定した高速回転を実現できた。従って、このスピンド
ルモータを回転体の駆動源とした大容量HDD装置はハ
ードディスクを高速で円滑且つ安定に回転駆動できる。
【0047】更に、図7は本発明に係る流体動圧軸受の
第3実施例を備えたスピンドルモータの断面図である。
【0048】図7に示す流体動圧軸受は、図1に示す流
体動圧軸受とは基本構成は同じであるが、相違点は第2
微小隙間6の開口の流体シール構造にある。即ち、図1
に示す流体動圧軸受における第2微小隙間6の開口12
の流体シール構造は、最小溝幅部分から最大溝幅部分に
向けて溝幅が連続的に拡大する傾斜型環状シール溝、即
ち固定スリーブ3の端部の内周面を外側に連続して拡大
する傾斜内周面とし、この傾斜内周面と回転スリーブ2
の鉛直外周面とによって形成されたシール溝を利用した
キャピラリーシール構造となっているのに対して、図7
に示す流体動圧軸受における第2微小隙間6の開口12
Aの流体シール構造は、樹脂製カラー24を利用した流
体シール構造となっている。この樹脂製カラー24は、
固定スリーブ3とその内径と外径が略等しいリング状の
樹脂成型部材である。
【0049】樹脂製カラー24は、図8にその要部を拡
大して示す如く、軸方向下側に上側よりも外径の小さな
取付け用環状脚部24Aが形成されている。他方、回転
スリーブ2と共に第2微小隙間6を形成する固定スリー
ブ3の端部には、取付け用環状脚部24Aの外径と略等
しいがそれより僅かに小さい内径で、且つ取付け用環状
脚部24Aの長さと等しい取付け用環状段部3Aが形成
されている。樹脂製カラー24の取付け用環状脚部24
Aを、固定スリ−ブ3の取付け用環状段部3Aに圧入す
ることによって、樹脂製カラー24は固定スリ−ブ3の
端部に密接に嵌合し、固着される。
【0050】樹脂製カラー24を配置したことによっ
て、第2微小隙間6の開口12A付近における潤滑油1
8の濡れ性が改善される。従って、潤滑油18が第2微
小隙間6の開口12A近くにまで達し、樹脂製カラー2
4の内周面と接触した場合の潤滑油18の表面の円弧状
の窪み18Bは、潤滑油18が第2微小隙間6の開口1
2A近くにまで達してはいるが、樹脂製カラー24の内
周面と接触していない場合の潤滑油18の表面の円弧状
の窪み18Aよりも、窪みかたが小さい。換言すれば、
潤滑油18が環状シール溝の壁面と接触している点にお
ける窪み18Bの接線と前記環状シール溝の壁面とがな
す角度Θ1は、潤滑油18が微小隙間6の鉛直壁面と接
触している点における窪み18Aの接線と微小隙間6の
鉛直壁面とがなす角度Θ0よりも大きい。これは、金属
よりも濡れ性のよい樹脂製カラー24の内周面と接触し
た場合は、そうでない場合よりも潤滑油18には大きな
表面張力が働いているからである。この大きな表面張力
の作用によって、第2微小隙間6の開口12Aにおける
潤滑油18に対するシール性が向上した。
【0051】図9は、樹脂製カラー24の変形例の要部
拡大図である。図9に示す樹脂製カラー24は、図8に
示したものと基本的には同じ構造であるが、相違点はそ
の内周面にある。即ち、図8に示した樹脂製カラー24
は、その内周面が固定スリーブ3の内周面と同一内径の
シリンダー面であるのに対し、図9に示した樹脂製カラ
ー24は、その内周面が下側の鉛直内周面部24Bと上
側の傾斜内周面部24Cとから形成されている。鉛直内
周面部24Bは固定スリーブ3の内周面と同一内径の鉛
直な内周面である。傾斜内周面部24Cは、鉛直内周面
部24Bとの境界から大気に開口している開口端に向か
って内径が連続的に拡大しているテーパー面である。
【0052】図9において、樹脂製カラー24の取付け
用環状脚部24Aを、固定スリ−ブ3の取付け用環状段
部3Aに圧入することによって、樹脂製カラー24は固
定スリ−ブ3の端部に密接に嵌合し、固着される。
【0053】図9に示す樹脂製カラー24を用いた流体
シールを第2微小隙間6の開口12に施すことによっ
て、第2微小隙間6における潤滑油18に対するシール
性が更に向上した。即ち、樹脂製カラー24の良好な濡
れ性による大きな表面張力によるシールと、傾斜内周面
部24Cとこれに対応する回転スリーブ2の鉛直外周面
とで形成する傾斜型環状シール溝を利用したキャピラリ
ーシールとによって、第2微小隙間6における潤滑油1
8に対するシール性が更に向上した。
【0054】更にまた、図10は本発明に係る流体動圧
軸受の第4実施例を備えたスピンドルモータの断面図で
ある。
【0055】図10に示す流体動圧軸受は、図1に示す
流体動圧軸受とは基本構成は同じである。相違点は、第
2微小隙間6の開口に形成された径方向外方に向かって
溝幅が連続的に拡大する環状シール溝の構造にある。即
ち、図1に示す流体動圧軸受においては、固定スリーブ
3の端部の内周面を環状傾斜内周面とし、且つ固定スリ
ーブ3の端部の内周面に対応した回転スリーブ2の外周
面を鉛直な外周面とすることによって、第2微小隙間6
の開口12に径方向外方に向かって溝幅が連続的に拡大
する傾斜型環状シール溝を形成しているのに対して、図
10に示す流体動圧軸受においては、これとは異なる湾
曲型環状シール溝12Bを採用していることである。
【0056】即ち、図10に示す流体動圧軸受における
流体シール構造は、第2微小隙間6の開口に形成された
径方向外方に向かって溝幅が連続的に拡大する湾曲型環
状シール溝12Bであって、共に径方向外方に湾曲した
第1湾曲壁面25と第2湾曲壁面26とで構成された湾
曲型環状シール溝である。図10の部分拡大図である図
11に示す如く、第1湾曲壁面25は固定スリーブ3の
端部に形成され、且つ第2湾曲壁面26は第1湾曲壁面
25に対向する回転スリーブ2の外周面、即ち回転スリ
ーブ2の鉛直外周面と水平な円盤状延出部2cの下面と
を結ぶ壁面に形成されている。そして、固定スリーブ3
に形成された第1湾曲壁面25と回転スリーブ2に形成
された第2湾曲壁面26の夫々の曲率は、湾曲型環状シ
ール溝12Bの最小溝幅部分から最大溝幅部分に向け
て、溝幅が連続的に拡大するように定められる。
【0057】湾曲型環状シール溝12Bを第2微小隙間
6の開口に設けたことによって、この部分における潤滑
油に対するシール性が向上した。即ち、潤滑油18が湾
曲型環状シール溝12Bに達した場合の潤滑油18の表
面の円弧状の窪み18Cは、潤滑油18が第2微小隙間
6の開口12近くにまで達してはいるが、湾曲型環状シ
ール溝12Bに達していない場合の潤滑油18の表面の
円弧状の窪み18Aよりも、窪みかたが小さい。換言す
れば、潤滑油18が湾曲型環状シール溝12Bの湾曲壁
面と接触している点における窪み18Cの接線と湾曲型
環状シール溝12Bの湾曲壁面とがなす角度Θ2は、潤
滑油18が微小隙間6の鉛直壁面と接触している点にお
ける窪み18Aの接線と微小隙間6の鉛直壁面とがなす
角度Θ0よりも大きい。これは、湾曲型環状シール溝1
2Bの相対する一対の壁面を、最小溝幅部分から最大溝
幅部分に向けて溝幅が連続的に拡大するように曲率を定
めて共に湾曲させたことにより、この部分の表面張力が
大きくなったのである。この大きな表面張力の作用によ
って、第2微小隙間6の開口における潤滑油18に対す
るシール性が向上した。
【0058】図12に部分拡大図で示す多段傾斜型環状
シール溝12Cは、図11に示した湾曲型環状シール溝
12Bの変形例である。最小溝幅部分から最大溝幅部分
に向けて溝幅が段階的に拡大する多段傾斜型環状シール
溝12Cは、径方向外方に段階的に傾斜させた複数の環
状傾斜面25a、25bを有する第1湾曲壁面25と、
同じく外方に段階的に傾斜させた複数の環状傾斜面26
a、26bを有する第2湾曲壁面26とによって構成さ
れている。第1湾曲壁面25は固定スリーブ3の端面に
形成され、且つ、第2湾曲壁面26は第1湾曲壁面に対
向する回転スリーブ2の外周面、即ち回転スリーブ2の
鉛直外周面と水平な円盤状延出部2cの下面とを結ぶ壁
面に形成されている。
【0059】多段傾斜型環状シール溝12Cを第2微小
隙間6の開口に設けたことによって、この部分における
潤滑油に対するシール性が向上した。即ち、潤滑油18
が多段傾斜型環状シール溝12Cに達した場合の潤滑油
18の表面の円弧状の窪み18Dは、潤滑油18が第2
微小隙間6の開口12近くにまで達してはいるが、多段
傾斜型環状シール溝12Cに達していない場合の潤滑油
18の表面の円弧状の窪み18Aよりも、窪みかたが小
さい。換言すれば、潤滑油18が多段傾斜型環状シール
溝12Cの環状傾斜壁面と接触している点における窪み
18Dの接線と前記環状傾斜壁面とがなす角度Θ3は、
潤滑油18が微小隙間6の鉛直壁面と接触している点に
おける窪み18Aの接線と前記鉛直壁面とがなす角度Θ
0よりも大きい。これは、最小溝幅部分から最大溝幅部
分に向けて溝幅が段階的に拡大する多段傾斜型環状シー
ル溝12Cを、径方向外方に段階的に傾斜させた複数の
環状傾斜傾面を有する第1複数傾斜壁面と、同じく外方
に段階的に傾斜させた複数の環状傾斜面を有する第2複
数傾斜壁面とによって構成させたことにより、この部分
の表面張力が大きくなったのである。この大きな表面張
力の作用によって、第2微小隙間6の開口における潤滑
油18に対するシール性が向上した。
【0060】多段傾斜型環状シール溝12Cは、上述の
如く作用するので、言わば多段キャピラリーシールを構
成している。従って、潤滑油18が多段傾斜型環状シー
ル溝12Cの環状傾斜壁面と接触している点における窪
み18Dの接線と前記環状傾斜壁面とがなす角度Θ3
は、隣り合うキャピラリーシール段の境界で大きくな
り、この境界での表面張力がより大きくなる。
【0061】図11に示す湾曲型環状シール溝12B又
は図12に示す多段傾斜型環状シール溝12Cを第2微
小隙間6の開口に設けた場合、カップ状ハブ部2bと回
転スリーブ2のスリーブ部2aを一体に結合している水
平な円盤状延出部2cの基底部2dの機械的強度を高め
ることができる。例えば図1に示す流体動圧軸受におい
ては、図8を参照すれば明らかな如く、第1微小隙間5
の開口11にキャピラリーシールを設けるために回転ス
リーブ2の上端部分の内周面2eが環状傾斜面とされ、
このための基底部2dの厚みT0が薄くなっている。こ
れに対して、湾曲型環状シール溝12Bを第2微小隙間
6の開口に設けた場合の基底部2dの厚みT1も、多段
傾斜型環状シール溝12Cを第2微小隙間6の開口に設
けた場合の基底部2dの厚みT2も厚みT0より厚くな
っているから、この基底部2dの機械的強度が高まっ
た。
【0062】
【発明の効果】シャフト両端固定型流体動圧軸受として
構成された本発明に係る二重スリーブ構造の流体動圧軸
受は、図14に示す従来の流体動圧軸受と同様に、高速
回転時にも才差運動が生じないから安定性が高い。ま
た、第1微小隙間と第2微小隙間の各一方の端部を大気
に開口し、且つ各他方の端部を直接或いは第3微小隙間
を介して連通し閉塞端を形成しているので、本発明に係
る二重スリーブ構造の流体動圧軸受は、図13に示す片
袋構造の従来の流体動圧軸受と同様に、高速回転時は勿
論のこと停止時に傾けても潤滑油が外部に漏洩し難く、
高いシール性が確保された。このような片袋構造による
漏洩防止手段に加えて、第2微小隙間の開口端に樹脂製
カラーを取付けた漏洩防止手段、第2微小隙間の開口端
に湾曲型環状シール溝を設けた漏洩防止手段、第2微小
隙間の開口端に多段傾斜型環状シール溝を設けた漏洩防
止手段のいずれか一つを採用することによって、本発明
に係る二重スリーブ構造の流体動圧軸受のシール性は非
常に高まった。
【0063】本発明に係る二重スリーブ構造の流体動圧
軸受は、動圧を発生できる範囲内で第2微小隙間を第1
微小隙間よりも幅を大きくしたので、高速回転時にも安
定性が保持され、摩擦損失の増加を押さえることができ
た。このような二重スリーブ構造のシャフト両端固定型
流体動圧軸受を採用して構成した本発明に係るスピンド
ルモータは、第2微小隙間による軸受摩擦の増加を押さ
えることができたので、高速時の安定性を維持できると
共に消費電力の増加を低減できた。更に、このスピンド
ルモータを用いて構成した本発明に係るHDD装置は、
高速時の安定性を維持しながら多数のハードディスクを
回転駆動できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流体動圧軸受の第1実施例を備え
たスピンドルモータの断面図である。
【図2】本発明に係る流体動圧軸受の第1変形例の断面
図である。
【図3】本発明に係る流体動圧軸受の第2変形例の断面
図である。
【図4】本発明に係る流体動圧軸受の第3変形例の断面
図である。
【図5】本発明に係る流体動圧軸受の第4変形例の断面
図である。
【図6】本発明に係る流体動圧軸受の第2実施例を備え
たスピンドルモータの断面図である。
【図7】本発明に係る流体動圧軸受の第3実施例を備え
たスピンドルモータの断面図である。
【図8】樹脂製カラーを含む部分拡大図である。
【図9】樹脂製カラーの変形例を含む部分拡大図であ
る。
【図10】本発明に係る流体動圧軸受の第4実施例を備
えたスピンドルモータの断面図である。
【図11】流体シール部の部分拡大図である。
【図12】流体シール部の変形例の部分拡大図である。
【図13】従来のシャフト一端固定型流体動圧軸受の断
面図である。
【図14】従来のシャフト両端固定型流体動圧軸受の断
面図である。
【符号の説明】
1 固定シャフト 2 回転スリーブ 2a 回転スリーブのスリーブ部 2b 回転スリーブのハブ部 2c 円盤状延出部 2d 基底部 2e 内周面 3 固定スリーブ 3A 取付け用環状段部 4 ホルダー部材 5 第1微小隙間 6 第2微小隙間 7 第3微小隙間 8a,8b アキシャル動圧発生溝 9 スラスト動圧発生溝 10 スラスト部材 11,11a,11b,12 開口 12A 開口 12B 湾曲型環状シール溝 12C 多段傾斜型環状シール溝 13,13a,13b ネジ孔 14,15 ネジ 16 シャーシー 17a,17b,17c 微小隙間 18 潤滑油 18A,18B,18C,18D 円弧状の窪み 20,21 蓋部材 22 ロータ磁石 23 ステータコイル 24 樹脂製カラー 24A 取付け用環状脚部 24B 鉛直内周面部 24C 傾斜内周面部 25第1湾曲壁面 25a,25b 環状傾斜面 26 第2湾曲壁面 26a,26b 環状傾斜面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 21/22 H02K 21/22 M (31)優先権主張番号 特願平10−294273 (32)優先日 平成10年10月15日(1998.10.15) (33)優先権主張国 日本(JP) (72)発明者 中山 幸博 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 米山 良冶 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 鈴木 隆文 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 小榑 利春 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 岩城 忠雄 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 川和田 直樹 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 太田 敦司 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 似鳥 幸治 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番 セイ コーインスツルメンツ株式会社内

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 利用装置にその両端が夫々固定される固
    定シャフトと、その内周面と前記固定シャフトとの外周
    面との間に第1微小隙間を形成するように配置された回
    転スリーブと、その内周面と前記回転スリーブの外周面
    との間に第2微小隙間を形成するように配置された固定
    スリーブとを具備した流体動圧軸受であって、前記第1
    微小隙間と前記第2微小隙間の各一方の端部は大気に接
    する開口端とされ且つ前記第1微小隙間と前記第2微小
    隙間の各他方の端部は直接連通する閉塞端とされ、これ
    らの微小隙間には潤滑油が充填され、更に前記第1微小
    隙間にはアキシャル動圧発生溝が形成されて構成された
    流体動圧軸受。
  2. 【請求項2】 利用装置にその両端が夫々固定される固
    定シャフトと、その内周面と前記固定シャフトとの外周
    面との間に第1微小隙間を形成するように配置された回
    転スリーブと、その内周面と前記回転スリーブの外周面
    との間に第2微小隙間を形成するように配置された固定
    スリーブと、前記固定スリーブの一方の開口端を液密に
    封鎖すると共に前記回転スリーブの下端面との間に第3
    微小隙間を形成するように配置されたホルダー部材とを
    具備した流体動圧軸受であって、前記第1微小隙間と前
    記第2微小隙間の各一方の端部は大気に接する開口端と
    され且つ前記第1微小隙間と前記第2微小隙間の各他方
    の端部は前記第3微小隙間を介して連通する閉塞端とさ
    れ、これらの微小隙間には潤滑油が充填され、更に前記
    第1微小隙間にはアキシャル動圧発生溝が形成されて構
    成された流体動圧軸受。
  3. 【請求項3】 前記第1微小隙間と前記第2微小隙間の
    各開口端の高さが略同一であることを特徴とする請求項
    1又は2に記載の流体動圧軸受。
  4. 【請求項4】 前記固定シャフトが円柱状部材、前記回
    転スリーブが円筒状部材、更に前記固定スリーブも円筒
    状部材である請求項2に記載の流体動圧軸受。
  5. 【請求項5】 前記固定シャフトが円柱状部材、前記回
    転スリーブが円錐台状断面を有する部材、更に前記固定
    スリーブが前記回転スリーブの円錐面との間に第2微小
    隙間を形成する内周面を有する部材である請求項2に記
    載の流体動圧軸受。
  6. 【請求項6】 前記固定シャフトが円柱状部材、前記回
    転スリーブが半球部を有する部材、更に前記固定スリー
    ブが前記回転スリーブの半球面との間に第2微小隙間を
    形成する内周面を有する部材である請求項1に記載の流
    体動圧軸受。
  7. 【請求項7】 前記固定シャフトが上部と下部に夫々大
    径部を有する円柱状部材であり、且つ前記回転スリーブ
    が前記固定シャフトの外周面との間に第1微小隙間を形
    成する内周面を有する部材である請求項2に記載の流体
    動圧軸受。
  8. 【請求項8】 前記固定シャフトが中間部に小径部を有
    する円柱状部材であり、且つ前記回転スリーブが前記固
    定シャフトの外周面との間に第1微小隙間を形成する内
    周面を有する部材である請求項2に記載の流体動圧軸
    受。
  9. 【請求項9】 動圧を発生できる範囲内で前記第2微小
    隙間を前記第1微小隙間よりも幅を大きくして構成され
    た請求項1又は2に記載の流体動圧軸受。
  10. 【請求項10】 前記第1微小隙間の幅は5〜20μm
    程度、且つ前記第2微小隙間の幅は50〜500μm程
    度であることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体
    動圧軸受。
  11. 【請求項11】 前記固定スリーブの端部に樹脂製カラ
    ーを潤滑油のシール手段として取り付けてあることを特
    徴とする請求項1又は2に記載の流体動圧軸受。
  12. 【請求項12】 前記樹脂製カラーがフッ素系樹脂製カ
    ラーであることを特徴とする請求項11に記載の流体動
    圧軸受。
  13. 【請求項13】 前記樹脂製カラーがポリイミド系樹脂
    製カラーであることを特徴とする請求項11に記載の流
    体動圧軸受。
  14. 【請求項14】 前記回転スリーブはその外端部から径
    方向外側に水平に延出した円盤状延出部が形成されたも
    のであって、且つ、前記第2微小隙間の開口に、径方向
    外方に湾曲した第1湾曲壁面と同様に径方向外方に湾曲
    した第2湾曲壁面とによって、最小溝幅部分から最大溝
    幅部分に向けて溝幅が連続的に拡大する湾曲型環状シー
    ル溝が形成されていることを特徴とする請求項1又は2
    に記載の流体動圧軸受。
  15. 【請求項15】 前記第1湾曲壁面は前記固定スリーブ
    の端部に形成され、且つ前記第2湾曲壁面は前記回転ス
    リーブの鉛直外周面と円盤状延出部の下面とを結ぶ壁面
    に形成されていることを特徴とする請求項14に記載の
    流体動圧軸受。
  16. 【請求項16】 前記回転スリーブはその外端部から径
    方向外側に水平に延出した円盤状延出部が形成されたも
    のであって、且つ、前記第2微小隙間の開口には、径方
    向外方に段階的に傾斜させた複数の環状傾斜面を有する
    第1複数傾斜壁面と同様に径方向外方に段階的に傾斜さ
    せた複数の環状傾斜面を有する第2複数傾斜壁面とによ
    って、最小溝幅部分から最大溝幅部分に向けて溝幅が段
    階的に拡大する多段傾斜型環状シール溝が形成されてい
    ることを特徴とする請求項1又は2に記載の流体動圧軸
    受。
  17. 【請求項17】 前記第1複数傾斜壁面は固定スリーブ
    の端部に形成され、且つ前記第2複数傾斜壁面は回転ス
    リーブの鉛直外周面と水平延出部の下面とを結ぶ壁面に
    形成されていることを特徴とする請求項16に記載の流
    体動圧軸受。
  18. 【請求項18】 ロータ磁石を含むロータと、ステータ
    コイルを含むステータと、ロータをステータに回転自在
    に支承する流体動圧軸受とから構成されたスピンドルモ
    ータにおいて、前記流体動圧軸受に請求項1、又は2に
    記載の流体動圧軸受を採用したスピンドルモータ。
  19. 【請求項19】 請求項18に記載のスピンドルモータ
    を回転体の駆動源とした回転体装置。
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