JP2003194060A

JP2003194060A - 流体動圧軸受装置

Info

Publication number: JP2003194060A
Application number: JP2001401705A
Authority: JP
Inventors: Masato Gomyo; 五明　　正人; Takayuki Narita; 隆行成田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】潤滑流体の接触角を小さくすることにより毛
細管シール力を高め、潤滑流体の漏出を確実に防止す
る。【解決手段】固定部材に対し回転部材を相対回転可能
に支持するための動圧軸受部を含む微小隙間内に潤滑流
体４を充填するとともに、その微小隙間内における潤滑
流体充填部分の一端側に、前記潤滑流体４の漏出を防止
する流体封止部ＲＳを形成してなる流体動圧軸受装置に
おいて、流体封止部ＲＳは開口方向に向かって固定部材
と回転部材との隙間が徐々に広くなるように形成され、
固定部材と回転部材の少なくともいずれか一方の表面に
炭素保護膜６を被覆する。さらに、潤滑流体４は炭化水
素系合成油からなり、流体封止部ＲＳに潤滑流体４の接
触界面４ａが位置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相対回転可能に支
持された固定部材と回転部材との間の微小隙間内に潤滑
流体が充填された流体動圧軸受装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】

【０００３】近年、磁気ディスク、光ディスク、ポリゴ
ンミラーなどの各種回転体を高速で回転支持するための
流体動圧軸受装置に関する提案が各種行われている。流
体動圧軸受装置は、例えば、図６に示されているような
ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）に搭載されてディス
クを回転駆動させるスピンドルモータに適用されてい
る。

【０００４】図６に示したスピンドルモータは、固定部
材としての軸受スリーブ１３に対して、回転体を構成す
るシャフト２１が相対回転可能に装着されている。上記
シャフト２１の外周に設けられた動圧面と上記軸受スリ
ーブ１３の内周に設けられた動圧面とが半径方向に近接
対向して形成された微小隙間内に潤滑流体４が注入され
ることによって、ラジアル動圧軸受部ＲＢが形成されて
いる。また、上記シャフト２１の一端に嵌合固定された
スラストプレート２３側に設けられた動圧面と、この動
圧面と軸方向に対向する上記軸受スリーブ１３側の動圧
面および軸受スリーブ１３の開口部に取り付けられたカ
ウンタープレート１６側の動圧面とが、微小隙間を介し
て軸方向に近接対向するように配置されており、その微
小隙間内に潤滑流体４が注入されることによってスラス
ト動圧軸受部ＳＢａ、ＳＡｂが構成されている。

【０００５】そして、上記ラジアル動圧軸受部ＲＢ及び
スラスト動圧軸受部ＳＢａ、ＳＡｂにおいて、対向する
両動圧面のうち少なくとも一方側に設けられた動圧発生
用溝等の流体加圧手段（図示省略）のポンピング作用に
よって潤滑流体が加圧され、それにより生じさせられた
動圧力によって固定側部材に対して回転体が、ラジアル
方向及びスラスト方向にそれぞれ浮上した状態で回転支
持が行われるようになっている。

【０００６】かかるスピンドルモータにおいて、上記ラ
ジアル動圧軸受部ＲＢを含んで軸方向に延在する微小隙
間の開口部（図示上端側）には、潤滑流体４の外方漏れ
を防止するための流体封止部Ｓが設けられている。この
流体封止部Ｓは、シャフト２１と軸受スリーブ１３との
間の微小隙間を外方側に向かって連続的に拡大させるこ
とにより形成したものであり、上記軸受スリーブ１３側
の上端側内周面を傾斜面としている。そして、この流体
封止部Ｓ内に存在する潤滑流体４が毛細管作用によって
内方側に吸引されるように保持されている。

【０００７】一般に、流体封止部における吸引力（毛細
管シール力）は下記関係式で表される。すなわち、毛細
管シール力をＰ、流体の表面張力をγ、流体封止部を構
成する部材の表面に対する流体の接触角をθ、流体封止
部の隙間をｘとしたとき、Ｐ＝２・γ・COSθ／ｘとなる。

【０００８】上記関係式から、毛細管シール力Ｐは流体
の表面張力γに比例するとともに、流体の接触角θが小
さくなるほど毛細管シール力Ｐが大きくなることがわか
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流体封
止部Ｓを構成する部材の表面に対する潤滑流体４の接触
角θは、潤滑流体としてエステル系またはＰＡＯ系オイ
ルを使用した場合、１５度から２５度程度であり、接触
角θを１５度以下に維持することが困難であった。した
がって、毛細管シール力Ｐに限度が生じ、大きな毛細管
シール力Ｐを得られないといった問題があった。

【００１０】本発明は、以上のような実状に鑑み、流体
封止部における潤滑流体の接触角を小さくすることによ
り毛細管シール力を高め、その結果、潤滑流体の漏出を
確実に防止することのできる流体動圧軸受装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１にかかる流体動圧軸受装置では、固定部材
と回転部材との間の動圧軸受部を含む微小隙間の少なく
とも一端側に設けられた流体封止部が、前記微小隙間の
開口方向に向かって前記固定部材と前記回転部材との隙
間を徐々に拡大することにより形成されているととも
に、当該流体封止部を構成する前記固定部材と前記回転
部材の少なくともいずれか一方の表面に炭素保護膜が被
覆されたものであって、前記潤滑流体が、炭化水素系合
成油を含み、かつ前記流体封止部内に前記潤滑流体の接
触界面が位置していることを特徴とする。

【００１２】このような請求項１にかかる流体動圧軸受
装置によれば、流体封止部を構成する部材の表面に炭素
保護膜を被覆するとともに、潤滑流体を炭化水素系合成
油とし、前記流体封止部に前記潤滑流体の接触界面が位
置するように構成したため、流体封止部における潤滑流
体の接触角θを１５度未満にすることができる。したが
って、毛細管シール力が高まり、潤滑流体の漏出を確実
に防止することのできる。それ故、回転部材が高速回転
しても潤滑流体の漏出が無く、当該軸受装置に対して衝
撃や振動等の外力が加わっても漏出を防止できるため、
当該軸受装置の信頼性が向上する。

【００１３】また、請求項２にかかる流体動圧軸受装置
では、請求項１に加えて、前記流体封止部の反動圧軸受
部側に陵部が形成され、当該陵部に連通する反動圧軸受
部側の表面における前記潤滑流体との接触角が、前記流
体封止部の表面における前記潤滑流体との接触角よりも
大きくなるように設定されていることを特徴としてい
る。

【００１４】このような構成を有する請求項２にかかる
流体動圧軸受装置によれば、流体封止部の反動圧軸受部
側に形成された陵部によって、流体封止部から反動圧軸
受部側に潤滑流体が這い上がって行こうとする這い上が
り現象が抑止され、さらに、当該陵部に連通する反動圧
軸受部側の表面における潤滑流体との接触角を、前記流
体封止部の表面における前記潤滑流体との接触角よりも
大きく設定したことにより、潤滑流体の這い上がり現象
を防止できる。

【００１５】また、請求項３にかかる流体動圧軸受装置
では、請求項２に加えて、前記陵部に連通する反動圧軸
受部側の表面に撥油剤が塗布されていることを特徴とし
ている。

【００１６】このような構成を有する請求項３にかかる
流体動圧軸受装置によれば、流体封止部から潤滑流体が
反動圧軸受部側に這い上がる現象を確実に防止すること
ができる。

【００１７】また、請求項４にかかる流体動圧軸受装置
では、請求項１乃至３のいずれかに加えて、前記動圧軸
受部と前記流体封止部とが互いに連通するように設けら
れ、かつ、前記動圧軸受部から前記流体封止部にかけて
前記潤滑流体が連続的に充填されていることを特徴とし
ている。

【００１８】このような構成を有する請求項４にかかる
流体動圧軸受装置によれば、動圧軸受部に連通する流体
封止部において潤滑流体の漏出を防止することができ
る。

【００１９】また、請求項５にかかる流体動圧軸受装置
では、請求項１乃至４のいずれかに加えて、前記動圧軸
受部を構成する固定部材または回転部材の少なくともい
ずれか一方の表面にも前記炭素保護膜が被覆されている
ことを特徴としている。

【００２０】このような構成を有する請求項５にかかる
流体動圧軸受装置によれば、回転部材の起動・停止時等
に固定部材と回転部材とが相互に接触しても、少なくと
もいずれか一方の表面に前記炭素保護膜が被覆されてい
るため、両部材の摩耗を抑止することができ、その結
果、当該軸受装置の寿命を長期に維持することが可能と
なる。

【００２１】また、請求項１乃至５のいずれかに記載の
流体動圧軸受装置において、前記炭素保護膜は、請求項
６に記載のとおり、ダイヤモンドライクカーボンまたは
アモルファスカーボンであることが好適である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図６を参照しなが
ら本発明にかかる流体動圧軸受装置の実施形態について
説明する。

【００２３】（実施形態１）図１は、本発明をハードデ
ィスク駆動用のスピンドルモータに適用した実施形態の
断面図である。図１に示す軸回転型のスピンドルモータ
は、固定部材としてのステータ組１０と、そのステータ
組１０に対して回転可能に取り付けられた回転部材とし
てのロータ組２０とから概略構成されている。このうち
ステータ組１０は、図示を省略したドライブ装置本体の
シャーシ側にネジ止め固定されるフレーム１１を有して
いる。このフレーム１１の略中央部分に形成された筒状
のスリーブ保持部１２の内側には、中空円筒状に形成さ
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成り、両端に開口部を有する中心
孔が形成されている。

【００２４】また、スリーブ保持部１２の外周面には、
放射状に突出した突極に駆動コイル１５を巻装したステ
ータコア１４が嵌着されている。

【００２５】軸受スリーブ１３の中心孔内には、上記ロ
ータ組２０の一部を構成する軸部材としての回転軸２１
が回転自在に挿入されている。本実施形態１における回
転軸２１は、ステンレス鋼から形成されている。軸受ス
リーブ１３の内周面に形成された動圧面は、上記回転軸
２１の外周面に形成された動圧面に対して半径方向に微
小隙間を介して対向するように配置されており、その微
小隙間部分にラジアル動圧軸受部ＲＢが構成されてい
る。より詳細には、ラジアル動圧軸受部ＲＢにおける軸
受スリーブ１３側の動圧面と回転軸２１側の動圧面とが
数μｍのラジアルギャップを介して対向配置され、その
ラジアルギャップからなる軸受空間内には、例えば、エ
ステル系、あるいはポリαオレフィン系の炭化水素系合
成油からなる潤滑流体３が注入されている。

【００２６】さらに、上記軸受スリーブ１３および回転
軸２１の両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ラジアル動圧発生用溝
が、軸方向に２ブロックに分かれて凹設されており、回
転軸２１の回転時に、当該ラジアル動圧発生用溝のポン
ピング作用により潤滑流体３が加圧されて動圧を生じ、
その動圧によって上記回転軸２１、および後述するハブ
２２が回転自在に支持される構成になされている。

【００２７】また、上記各ラジアル動圧軸受部ＲＢを構
成している軸受空間の図示上端部分には、流体封止部Ｒ
Ｓが形成されている。この流体封止部ＲＳは、上記軸受
スリーブ１３の開口部に形成されたテーパ面５によって
隙間を開口方向（軸受外端側）に向かって徐々に拡大し
たものであって、最も間隔の狭い箇所で数μｍ、最も間
隔の大きい箇所で数百μｍ以上に設定されている。そし
て、この流体封止部ＲＳには、モータの回転・停止のい
ずれの場合でも潤滑流体４の接触界面４ａが位置するよ
うに構成されている。なお、本実施形態における微小隙
間は、軸受スリーブ１３のテーパ面５の上端から後述す
るカウンタープレート１６の上端面までの領域における
回転部材（回転軸２１）と固定部材（軸受スリーブ１
３）の間隔が狭い部分を示し、上記流体封止部ＲＳ、ラ
ジアル動圧軸受部ＲＢおよび後述するスラスト動圧軸受
部ＳＢを含む。この流体封止部ＲＳ周辺の構造について
は後に詳細に説明する。

【００２８】さらに、回転軸２１とともにロータ組２０
を構成しているハブ２２は、図示を省略した磁気ディス
ク等の記録媒体を搭載するように略カップ状を呈してお
り、当該ハブ２２の中心部に設けられた接合穴２２ａに
回転軸２１の上端部が圧入や焼き嵌めあるいは接着等の
固定手段によって固定されている。ハブ２２の周壁の内
周面には、周方向に一定間隔でＮＳ交互に着磁が施され
た円筒状の駆動マグネット２４がバックヨーク２５を介
して装着固定されている。この駆動マグネット２４は、
前述したステータコア１４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。なお、ハブ２２を鉄系
金属により形成した場合、バックヨーク２５は不要とな
る。

【００２９】一方、前記回転軸２１の図示下端側の先端
部分には、環状のスラストプレート２３が固着されてい
る。このスラストプレート２３は、上述した軸受スリー
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１３ａに配置されており、その軸受スリーブ１３の収
納部１３ａ内において、スラストプレート２３の図示上
側の端面に設けられた動圧面と軸受スリーブ１３の図示
下側の動圧面とが軸方向に近接対向するように配置され
ている。そして、スラストプレート２３及び軸受スリー
ブ１３の両動圧面どうしの軸受隙間空間に第１のスラス
ト軸受部ＳＢａが形成されている。

【００３０】さらに、スラストプレート２３の図示下側
の動圧面に近接するようにして、円板状部材からなるカ
ウンタープレート１６が、上記軸受スリーブ２３の下端
側開口部を閉塞するように固着されている。そして、上
述したスラストプレート２３の動圧面と、カウンタープ
レート１６の図示上面側の動圧面とが近接対向する軸受
隙間空間には、第２のスラスト動圧軸受部ＳＢｂが形成
されている。

【００３１】より詳細には、これら軸方向に隣接して配
置された第１及び第２のスラスト動圧軸受部ＳＢａ，Ｓ
Ｂｂにおけるスラストプレート２３側の軸方向の両動圧
面と、それに対向する軸受スリーブ１３及びカウンター
プレート１６側の両動圧面とが、それぞれ数μｍから十
数μｍの微小間隔を介して軸方向に対向配置されている
とともに、その微小間隔からなる軸受空間内に潤滑流体
４が、前記スラストプレート２３の外周側通路を介して
軸方向に連続するように注入されている。

【００３２】本実施形態１において、上記スラストプレ
ート２３の上下面にあたる動圧面には、例えばヘリング
ボーン形状のスラスト動圧発生用溝（図示省略）が環状
に凹設されており、回転時に、当該スラスト動圧発生用
溝のポンピング作用により潤滑流体４が加圧されて動圧
を生じ、その潤滑流体４の動圧によって、上述した回転
軸２１およびハブ２２がスラスト方向に支持される構成
になされている。なお、スラスト動圧発生用溝は、第１
のスラスト軸受部ＳＢａにおける軸受スリーブ１３側の
動圧面、および第２のスラスト軸受部ＳＢｂにおけるカ
ウンタープレート１６側の動圧面に形成してもよい。

【００３３】さらに、図１に示すスピンドルモータにお
いて、上述の駆動マグネット２４の下端面と対向するフ
レーム１１上には磁性体からなる略環状の磁気吸引板１
７すなわち付勢手段が配設されている。この磁気吸引板
１７は、回転部材としてのロータ組２０にかかる重力よ
りも大きな磁気吸引力でロータ組２０をフレーム１１側
に吸引している。したがって、仮に当該モータの使用姿
勢が倒置姿勢となった場合であっても、ロータ組２０に
かかる重力に抗して磁気吸引板１７がロータ組２０をフ
レーム１１側に吸引するため、ロータ組２０が回転を停
止している際は、常に第２のスラスト軸受部ＳＢｂ側の
スラストプレート２３の下端面とカウンタープレート１
６とが接触している。

【００３４】そして、上記駆動コイル１５に所定の電流
を印加してステータコア１４と駆動マグネット２４との
電磁作用によりロータ組２０が回転を始動すると、スラ
ストプレート２３は常にカウンタープレート１６側から
浮上して、回転状態を持続する。やがて回転が停止した
とき、再びスラストプレート２３とカウンタープレート
１６とが接触するように構成されている。

【００３５】ここで、流体封止部ＲＳ周辺の構成を詳細
に説明する。図２に示すように、前記軸受スリーブ１３
の図示上端側における一定の領域ＲＳ１と、前記回転軸
２１の表面の領域ＲＳ２とが半径方向に対向している部
位には、これら回転軸２１と軸受スリーブ１３との間の
対向隙間を、上記軸受スリーブ１３の図示上端側に設け
られた開口部に向かって徐々に広くなるように形成した
上記流体封止部ＲＳが設けられている。すなわち、この
流体封止部ＲＳは、上記軸受スリーブ１３側に図示上方
側に向かって開口するように形成されたテーパ面５（領
域ＲＳ１）と、前記回転軸２１の外周面であって上記軸
受スリーブ１３側のテーパ面５と対向するストレート面
（領域ＲＳ２）との双方の面によって構成されている。

【００３６】そして、本実施形態においては、上述した
流体封止部ＲＳを構成している軸受スリーブ１３側のテ
ーパ面５に、ダイヤモンドライクカーボンやアモルファ
スカーボン等からなる炭素保護膜６が被覆されている。
この炭素保護膜６は、前述したラジアル動圧軸受部ＲＢ
を構成している軸受スリーブ１３の内周面にも連続的に
被覆されており、スパッタリング等の工法によってサブ
ミクロン乃至数ミクロンの均一な膜厚に成膜されること
により形成されている。

【００３７】なお、本実施形態１では、流体封止部ＲＳ
を構成する回転軸２１の領域ＲＳ２に対して上述した炭
素保護膜６が被覆されていないが、この領域ＲＳ２にも
炭素保護膜６を被覆するようにしてもよい。

【００３８】ラジアル動圧軸受部ＲＢを含む微小隙間内
に充填された潤滑流体４は、上述のとおり、エステル
系、あるいはポリαオレフィン系の炭化水素系合成油か
らなり、当該潤滑流体４の接触界面４ａは、回転部材の
停止中回転中を問わず常に流体封止部ＲＳに位置してい
る。

【００３９】一般に、金属材の表面に対する炭化水素系
合成油の接触角は１５度から２５度程度であるが、本発
明のように、流体封止部ＲＳを構成する部材（本実施形
態では軸受スリーブ１３）の表面に炭素保護膜６を被覆
すると、接触角が１５度未満、具体的には２度から１０
度になることを本発明者らは知得した。これは、炭素保
護膜６と炭化水素系合成油との親和性により両者間にな
じみが生じたことに起因する。

【００４０】表１は、シリコンウエハーの表面に対する
流体の接触角を炭素保護膜の有無、及び流体の種類を変
更して測定した結果を示している。なお、ここでは炭素
保護膜としてダイヤモンドライクカーボンを使用してい
る。

【００４１】

【表１】

【００４２】上記表１から判るように、純水もしくは非
炭化水素系合成油からなる流体とシリコンウエハーとの
接触角は、シリコンウエハーに炭素保護膜が皮膜されて
いない方が小さく、炭素保護膜を皮膜すると接触角が大
きくなる。これは、炭素保護膜が撥水性および撥油性を
有していることに因る。逆に、炭化水素系合成油と炭素
保護膜を被覆しないシリコンウエハーとの接触角は、１
５度〜１６度程度であるのに対し、炭素保護膜を被覆し
た場合は接触角が４度〜５度と極めて小さな接触角を形
成することができる。

【００４３】本発明のように潤滑流体４としての炭化水
素系合成油と流体封止部ＲＳを構成するテーパ面５との
接触角が小さくなると、潤滑流体４の接触界面４ａの曲
率半径が小さくなることから、流体封止部ＲＳにおける
毛細管シール力が大きくなる。したがって、潤滑流体４
を微小隙間内に保持しようとする吸引力が高まり、潤滑
流体４の漏出を防止することのできる。その結果、回転
部材が高速回転しても潤滑流体４の漏出が無く、当該軸
受装置に対する衝撃や振動等の外力が加わっても漏出を
防止できるため、当該軸受装置の信頼性が向上する。

【００４４】ところで、流体封止部ＲＳの表面と潤滑流
体４との接触角が小さいと、潤滑流体４が反動圧軸受部
側すなわち図２の上方に這い上がろうとする現象（這い
上がり現象、もしくは濡れ拡散現象）が生じる。このよ
うな現象を防止するために、本実施形態では、軸受スリ
ーブ１３のテーパ面５の反動圧軸受部側に陵部７を全周
にわたって設けている。この陵部７は、互いに角度の異
なるテーパ面５と軸受スリーブ１３の上端面１３ｂとが
交叉して形成された角部である。潤滑流体４が這い上が
り現象によって上方に這い上がってきたとしても、上記
陵部７に到達した時点でその進行をほとんど防止するこ
とができる。

【００４５】また、本実施形態１では、上記陵部７に連
通する反動圧軸受部側の表面、すなわち軸受スリーブ１
３の端面１３ｂに撥油剤８を塗布している。これによ
り、テーパ面５における潤滑流体４の接触角θよりも軸
受スリーブ１３の端面１３ｂにおける潤滑流体４の接触
角が格段に大きくなるため、たとえ潤滑流体４が上記陵
部７を乗り越えて軸受スリーブ１３の端面１３ｂ側に這
い上がろうとしても、当該接触角の違いにより潤滑流体
４が這い上がり現象を確実に防止できる。なお、この撥
油剤８として、例えばフッ素系の溶剤が用いられ、これ
には炭化水素系潤滑流体と親和性のある炭素化合物は含
まれていない。

【００４６】さらに、本実施形態１において、潤滑流体
４は軸受スリーブ１３のテーパ面５に連通するラジアル
軸受部ＲＢの表面にも連続的にほぼ均一の膜厚で炭素保
護膜６が被覆されている。その結果、回転部材の起動・
停止時等に軸受スリーブ１３と回転軸２１とが相互に接
触しても、軸受スリーブ１３側のラジアル軸受部の表面
に炭素保護膜６が被覆されているため、両部材の摩耗を
抑止することができ、当該軸受装置の寿命を長期化でき
る。

【００４７】また、本実施形態１において、回転軸２１
の流体封止部ＲＳを構成する領域の外端には、全周にわ
たって小径に穿設された環状溝２１ａが形成されてお
り、この環状溝２１ａの各壁面および環状溝２１ａより
も反動圧軸受部側の外周面には撥油剤８が塗布されてい
る。かかる環状溝２１ａを設けることにより、回転軸２
１側からの潤滑流体４の這い上がり現象を防止すること
ができる。

【００４８】（実施形態２）図３は、本発明にかかる実
施形態２における流体封止部ＲＳ周辺の拡大図である。
前述の図２に示した実施形態１では、炭素保護膜６を固
定部材である軸受スリーブ１３の内周面、すなわちテー
パ面５および軸受スリーブ１３側のラジアル動圧軸受部
ＲＢに被膜した例を示したが、図３に示す実施形態で
は、回転部材である回転軸２１の表面に炭素保護膜６を
被膜している。さらに詳細には、回転軸２１の表面のう
ち流体封止部ＲＳを構成する領域ＲＳ２、および当該領
域ＲＳ２と連通する回転軸２１側のラジアル動圧軸受部
ＲＢにも炭素保護膜６が被膜されている。

【００４９】また、炭素保護膜６が被膜された領域ＲＳ
２の上端には、全周にわたって環状溝２１ａが凹設さ
れ、この環状溝２１ａの開口縁に陵部７が形成されてい
る。そして、環状溝２１ａ内部の各壁面には撥油剤８が
塗布されている。当該陵部７は図２における軸受スリー
ブ１３側の陵部１７と同じ機能を果たすため、回転軸２
１側の流体封止部ＲＳ２から図示上方向に潤滑流体４が
這い上がる現象が生じたとしても、陵部７の存在により
潤滑流体４がそれ以上図示上方向に漏出することを防止
している。しかも、環状溝２１ａの内部に撥油剤８を塗
布しているため、回転軸２１の領域ＲＳ２における潤滑
流体４の接触角θよりも環状溝２１ａ内における潤滑流
体４の接触角が格段に大きくなるため、たとえ潤滑流体
４が陵部７を乗り越えて環状溝２１ａ内に這い上がろう
としても、当該接触角の違いにより潤滑流体４が這い上
がり現象を確実に防止できる。

【００５０】なお、本実施形態２において、軸受スリー
ブ１３側には炭素保護膜６を被膜していないが、図２に
示した実施形態１と同様に、軸受スリーブ１３側にも炭
素保護膜６を被膜してもよい。また、回転軸２１の領域
ＲＳ２のみに炭素保護膜６を被膜しても、流体封止部Ｒ
Ｓにおける毛細管シール力が大きくなるため、潤滑流体
４を微小隙間内に保持しようとする吸引力が高まり、潤
滑流体４の漏出を防止することのできる。その結果、回
転部材が高速回転しても潤滑流体４の漏出が無く、当該
軸受装置に対する衝撃や振動等の外力が加わっても漏出
を防止できるため、当該軸受装置の信頼性が向上する。

【００５１】（実施形態３）次に、本発明にかかる別の
実施形態３について図４を参照しながら説明する。図４
は、図１に示した軸回転型スピンドルモータと異なる構
造の軸回転型スピンドルモータの部分断面図である。な
お、図１に示したスピンドルモータと共通する部材には
同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

【００５２】図４において、軸受スリーブ５０の一端側
には本体部５１よりも外径寸法が小径の環状突出部５２
が一体に形成されている。この環状突出部５２の内周面
はラジアル動圧軸受部ＲＢを構成しているが、回転軸２
１を挿入する軸穴の開口部には流体封止部ＲＳが形成さ
れていない。環状突出部５２の上端面５２ａはハブ２２
の底面２２ｂと微小隙間を介して近接対向し、環状突出
部５２の外周面５２ｂは軸受スリーブ５０の本体部５１
側（図示下端側）に向かって外径寸法が徐々に小径とな
るテーパ面５２ｂとなっている。したがって、ラジアル
動圧軸受部ＲＢから当該テーパ面５２ｂおよび後述する
ハブ２２の環状下垂部２２ｃの内周面との対向部分まで
各々連通した微小隙間が形成されている。

【００５３】また、上記環状突起部５２のテーパ面５２
ｂの本体部５０側の端部、すなわち微小隙間における反
動圧軸受部側には陵部５２ｃが全周にわたって形成され
ている。

【００５４】一方、回転軸２１の一端にはハブ２２が圧
入、溶接、焼き嵌め等の固着手段により固着され、か
つ、上記軸受スリーブ５０の環状突出部５２の半径方向
外側には所定の微小隙間をおいてこの環状突出部５２を
囲繞するように環状下垂部２２ｃが形成されている。そ
して、この環状下垂部２２ｃの内周面の環状突出部５２
のテーパ面５２ｂとの隙間は開口方向（図示下端側）に
向かって徐々に広くなるように形成されて流体封止部Ｒ
Ｓを構成している。また、ラジアル軸受部ＲＢおよびス
ラスト軸受部ＳＢに充填された潤滑流体４は、当該流体
封止部ＲＳに至るまで連続的に充填され、接触界面は上
記流体封止部ＲＳに位置している。

【００５５】本実施形態３において、軸受スリーブ５０
に形成された環状突出部５２のテーパ面５２ｂおよびハ
ブ２２と対向する上端面５２ａには、ダイヤモンドライ
クカーボンまたはアモルファスカーボンからなる炭素保
護膜（図示省略）がほぼ均一な厚さで被覆されている。
また、上記テーパ面５２ｂと対向する環状下垂部２２ｃ
の内周面、および環状突出部５２の上端面５２ａと対向
するハブ２２の底面２２ｂにも同様に炭素保護膜が被覆
されている。

【００５６】さらに、上記軸受スリーブ５０の陵部５２
ｃから本体部５１側の端面５１ａにかけて撥油剤８が塗
布されているとともに、上記ハブ２２の環状下垂部２２
ｃの下端面２２ｄにも撥油剤が塗布されている。

【００５７】本実施形態３のスピンドルモータは、ラジ
アル動圧軸受部ＲＢと流体封止部ＲＳとを半径方向に並
設しているため、ラジアル動圧軸受部ＲＢと流体封止部
ＲＳとを軸方向に並設した実施形態１のスピンドルモー
タに比べて、モータの小型化を図れるという利点があ
る。

【００５８】かかる実施形態３によれば、流体封止部Ｒ
Ｓを構成する軸受スリーブ５０の環状突出部５２および
ハブ２２の環状下垂部２２ｃの表面に炭素保護膜を被覆
するとともに、潤滑流体４を炭化水素系合成油とし、流
体封止部ＲＳに潤滑流体４の接触界面が位置するように
構成したため、流体封止部ＲＳにおける潤滑流体４の接
触角θを１５度未満にすることができる。したがって、
毛細管シール力が高まり、潤滑流体４の漏出を確実に防
止することのできる。それ故、回転部材が高速回転して
も潤滑流体４の漏出が無く、当該スピンドルモータに対
して衝撃や振動等の外力が加わっても漏出を防止でき
る。

【００５９】また、軸受スリーブ５０の陵部５２ｃから
本体部５１側の端面５１ａにかけて撥油剤８が塗布され
ているとともに、ハブ２２の環状下垂部２２ｃの端面２
２ｄにも撥油剤８が塗布されているため、流体封止部Ｒ
Ｓから潤滑流体４が反動圧軸受部側に這い上がる現象を
確実に防止することができる。

【００６０】（実施形態４）次に、本発明にかかる別の
実施形態４について図５を参照しながら説明する。図５
は本発明を適用した軸固定型のハードディスク駆動用ス
ピンドルモータの断面図である。なお、図１に示した軸
回転型のスピンドルモータと共通する部材には同じ符号
を付し、重複する説明は省略する。

【００６１】図５に示したスピンドルモータは、固定側
部材としてのステータ組３０と、そのステータ組３０に
対して相対回転可能に支持された回転側部材としてのロ
ータ組４０とから構成されている。このうちステータ組
３０は、図示を省略したドライブ装置本体のシャーシ側
にネジ止め固定されるフレーム３１を有している。この
フレーム３１の略中央部分には軸部材としての固定軸３
５が立設されており、図示上端部分がタップ穴を利用し
てシャーシ側にネジ止めされるようになっている。かか
るモータ構造は両軸固定型モータと呼ばれている。

【００６２】固定軸３５の外周側には、ロータ組４０を
構成する軸受スリーブ４１を介して、当該軸受スリーブ
４１と一体的に設けられたカップ状のハブ２２が回転可
能に接合されている。ハブ２２の周壁内面にはバックヨ
ーク２５を介して環状の駆動マグネット２４が装着され
ている。

【００６３】また、軸受スリーブ４１の中心孔の内周面
には、図示しない動圧発生用溝を設けることで動圧面が
形成され、固定軸３５の外周面に形成された動圧面とに
より一組のラジアル動圧軸受部ＲＢ，ＲＢが構成されて
いる。これら一組のラジアル動圧軸受部ＲＢ，ＲＢによ
ってハブ２２が固定軸３５に対してラジアル方向に回転
自在となるように支承されている。

【００６４】軸受スリーブ４１の一方（図示下側）の開
口端には、開口方向に向かって固定軸３５との隙間が徐
々に広くなる流体封止部ＲＳが形成されていて、ラジア
ル動圧軸受部ＲＢおよびスラスト軸受部ＳＢ内に充填さ
れた潤滑流体４が、外方に漏出することを、流体封止部
ＲＳにより防止している。なお、流体封止部ＲＳは、軸
受スリーブ４１の一端側のテーパ面５と当該テーパ面５
と対向する固定軸３５の表面との双方の面によって構成
されている。

【００６５】回転軸３５の先端側部分（図示上端部分）
には、スラストプレート３６が固定されている。このス
ラストプレート３６は軸受スリーブ４１の図示上側中心
部分に凹設された収納部に配置されており、軸受スリー
ブの４１動圧面に対してスラストプレート３６の図示下
端面に設けられた動圧面が軸方向に近接対向することに
よって、第１のスラスト軸受部ＳＢａが構成されてい
る。

【００６６】また、スラストプレート３６の図示上面側
の動圧面に近接するようにして、スラストプレート３６
より大径のカウンタープレート４４が、上記軸受スリー
ブ４１の開口部に取り付けられている。そして、このカ
ウンタープレート４４の図示下面側に設けられた動圧面
と、スラストプレート３６の図示上面側に設けられた動
圧面とにより第２のスラスト軸受部ＳＢｂが構成されて
いる。これらの第１及び第２のスラスト軸受部ＳＢａ，
ＳＢｂおよび上記ラジアル動圧軸受部ＲＢ，ＲＢには炭
化水素系合成油からなる潤滑流体４が充填されている。

【００６７】このような軸固定型のＨＤＤスピンドルモ
ータにおいて、固定軸３５に固着されたスラストプレー
ト３６に対して、カウンタープレート４４および軸受ス
リーブ４１が回転する形態となっているが、実施形態１
で説明した軸回転型のスピンドルモータは、固定側部材
に固定された軸受スリーブ１３およびカウンタープレー
ト１６に対して、回転軸２１に固着されたスラストプレ
ート３６が回転する。したがって、固定側部材と回転側
部材の対応関係が逆転しているが、本発明にかかる基本
的構造は両者とも同様である。

【００６８】すなわち、流体封止部ＲＳを構成する軸受
スリーブ４１のテーパ面５にはダイヤモンドライクカー
ボンやアモルファスカーボン等からなる炭素保護膜（図
示省略）が被覆されていて、潤滑流体４は回転部材の回
転中、停止中を問わず常に接触界面が流体封止部ＲＳに
位置するように構成されている。

【００６９】かかる構成により、流体封止部ＲＳにおけ
る潤滑流体４のテーパ面５に対する接触角θが１５°未
満になるため、接触界面の曲率半径が小さくなり、毛細
管シール力が高まる。したがって、潤滑流体４の漏出を
確実に防止することがでる。

【００７０】また、流体封止部ＲＳの外方端部と軸受ス
リーブの下端面とが交叉する箇所には、全周にわたって
陵部７が形成されていて、さらに軸受スリーブ４１の下
端面には撥油剤（図示省略）が塗布されている。したが
って、潤滑流体が流体封止部ＲＳから這い上がり現象に
より外方に漏出しようとしても、陵部および撥油剤の存
在により当該這い上がり現象を確実に防止することがで
きる。

【００７１】なお、実施形態４では、炭素保護膜を軸受
スリーブのテーパ面に被覆した例を示したが、固定軸側
の流体封止部ＲＳに被覆してもよい。さらに、ラジアル
動圧軸受部ＲＢを形成する面にも炭素保護膜を連続的に
被覆してもよいし、軸受スリーブ４１側および固定軸３
５側双方の流体封止部ＲＳに炭素保護膜を被覆してもよ
い。

【００７２】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を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ことは言うまでもない。

【００７３】例えば、上記実施形態１乃至４において、
潤滑流体４はラジアル動圧軸受部ＲＢからスラスト動圧
軸受部ＳＢに連続的に充填されたものであるが、ラジア
ル動圧軸受部ＲＳとスラスト動圧軸受部ＳＢにそれぞれ
独立させて潤滑流体４を充填してもよい。また、上記実
施形態１乃至４において、ラジアル動圧軸受部ＲＢは軸
方向に離間した２箇所の軸受部に潤滑流体４が連続的に
充填されたものであるが、各々の軸受部に独立させて潤
滑流体４を充填してもよい。

【００７４】さらにまた、上述した実施形態は、ハード
ディスク駆動用の流体動圧軸受装置に対して本発明を適
用したものであるが、本発明は、それに限定されるもの
ではなく、光ディスク、ＤＶＤ、ポリゴンミラーなどの
ような各種回転体を駆動させるモータや、その他多種多
様なモータに対しても同様に適用することができるもの
である。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
にかかる流体動圧軸受装置によれば、流体封止部を構成
する部材の表面に炭素保護膜を被覆するとともに、その
潤滑流体を炭化水素系合成油とし、かつ前記流体封止部
に前記潤滑流体の接触界面が位置する構成としたことに
よって、上記流体封止部における潤滑流体の接触角θを
１５度未満にしたものであるから、上記流体封止部にお
ける毛細管シール力が高まり、潤滑流体の漏出を確実に
防止することのできる。それ故、回転部材が高速回転し
ても潤滑流体の漏出が無く、当該軸受装置に対して衝撃
や振動等の外力が加わっても漏出を防止できるため、当
該軸受装置の信頼性が向上する。

【００７６】また、請求項２にかかる流体動圧軸受装置
によれば、流体封止部の反動圧軸受部側に形成された陵
部によって、流体封止部から反動圧軸受部側に潤滑流体
が這い上がって行こうとする這い上がり現象が抑止さ
れ、さらに、当該陵部に連通する反動圧軸受部側の表面
における潤滑流体との接触角を、前記流体封止部の表面
における前記潤滑流体との接触角よりも大きく設定した
ことにより、潤滑流体の這い上がり現象を防止できる。

【００７７】さらにまた、請求項３にかかる流体動圧軸
受装置によれば、陵部に連通する反動圧軸受部側の表面
に撥油剤を塗布したことにより、流体封止部から潤滑流
体が反動圧軸受部側に這い上がる現象を確実に防止する
ことができる。

【００７８】一方、請求項４にかかる流体動圧軸受装置
によれば、動圧軸受部に連通する流体封止部において潤
滑流体の漏出を防止することができる

【００７９】また、請求項５にかかる流体動圧軸受装置
によれば、回転部材の起動・停止時等に固定部材と回転
部材とが相互に接触しても、少なくともいずれか一方の
表面に前記炭素保護膜が被覆されているため、両部材の
摩耗を抑止することができ、その結果、当該軸受装置の
寿命を長期に維持することが可能となる。

【００８０】さらに、請求項６にかかる流体動圧軸受装
置によれば、炭素保護膜をダイヤモンドライクカーボン
もしくはアモルファスカーボンにすることで、これらが
被膜される部材の表面に対する炭化水素系潤滑流体の接
触角をきわめて小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をハードディスク駆動用の軸回転型スピ
ンドルモータに適用した実施形態１の断面図である。

【図２】上記実施形態１における流体封止部周辺の要部
拡大図である。

【図３】本発明に係る実施形態２における流体封止部周
辺の拡大図である。

【図４】本発明に係る実施形態３の要部拡大図である。

【図５】本発明をハードディスク駆動用の軸固定型スピ
ンドルモータに適用した実施形態４の断面図である。

【図６】従来のスピンドルモータの構造例を示す縦断面
図である。

【符号の説明】

４潤滑流体４ａ接触界面６炭素保護膜７陵部８撥油剤１０固定部材１３軸受スリーブ２０回転部材２１回転軸２２ハブ３５固定軸 θ 接触角ＲＳ流体封止部ＲＢラジアル動圧軸受部ＳＢスラスト動圧軸受部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定部材に対し回転部材を相対回転可能
に支持するための動圧軸受部を含む上記固定部材と回転
部材との間の微小隙間内に潤滑流体を充填するととも
に、その微小隙間内における潤滑流体充填部分の少なく
とも一端側に、前記潤滑流体の漏出を防止する流体封止
部を形成してなる流体動圧軸受装置において、前記流体封止部は、前記微小隙間の開口方向に向かって
前記固定部材と前記回転部材との隙間が徐々に拡大され
ることにより形成されているとともに、当該流体封止部
を構成する前記固定部材と前記回転部材の少なくともい
ずれか一方の表面に炭素保護膜が被覆されたものであっ
て、前記潤滑流体が、炭化水素系合成油を含み、かつ前記流
体封止部内に前記潤滑流体の接触界面が位置しているこ
とを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】前記流体封止部の反動圧軸受部側に陵部
が形成され、当該陵部に連通する反動圧軸受部側の表面
における前記潤滑流体との接触角が、前記流体封止部の
表面における前記潤滑流体との接触角よりも大きくなる
ように設定されていることを特徴とする請求項１記載の
流体動圧軸受装置。
【請求項３】前記陵部に連通する反動圧軸受部側の表
面に撥油剤が塗布されていることを特徴とする請求項２
記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】前記動圧軸受部と前記流体封止部とが互
いに連通するように設けられ、かつ、前記動圧軸受部か
ら前記流体封止部にかけて前記潤滑流体が連続的に充填
されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】前記動圧軸受部を構成する前記固定部材
または前記回転部材の少なくともいずれか一方の表面に
前記炭素保護膜が被覆されていることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】前記炭素保護膜は、ダイヤモンドライク
カーボンまたはアモルファスカーボンであることを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流体動圧軸受
装置。