JP2007255457A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用時における磨耗量の低減を図った動圧軸受装置を提供する。
【解決手段】回転部材の総重量Ｐを、軸部の外径寸法ｄとラジアル軸受部の有効軸受スパンＹとの積（ｄ×Ｙ）で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められる。また、動圧発生部Ａにおける、動圧溝Ａ１、Ａ２の円周方向幅Ｗｇと丘部Ａ３、Ａ４の円周方向幅Ｗｄとの比Ｗｄ／Ｗｇが、１以上２以下となるよう、各動圧溝Ａ１、Ａ２および丘部Ａ３、Ａ４の寸法が定められる。動圧発生部Ｂについても同様に、円周方向幅比Ｗｄ／Ｗｇが、１以上２以下となるよう、各動圧溝Ｂ１、Ｂ２および丘部Ｂ３、Ｂ４の寸法が定められる。
【選択図】図３

Description

本発明は、動圧軸受装置、特にディスク駆動装置に組み込まれて使用される動圧軸受装置に関する。

動圧軸受装置は、固定部材と回転部材との間の軸受部に生じる流体の動圧作用により回転部材を非接触支持するものである。この種の軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を備えるものであり、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的にはＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等におけるディスクドライブ用の軸受装置として使用される。また、その中でも特に、長期間に亘って安定した軸受性能を発揮することが求められる、言い換えると、高い信頼性が要求されるサーバ用ＨＤＤなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に組み込まれる動圧軸受装置では、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部およびスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成する場合がある。この種の動圧軸受装置におけるラジアル軸受部としては、例えばラジアル軸受面となる軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に、動圧発生部としての動圧溝を形成すると共に、両面間にラジアル軸受部を形成するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、上記動圧軸受装置をＨＤＤ等のディスク駆動装置に組込んで使用する場合、軸部材にハブが設けられ、このハブの端面に磁気ディスク等のディスク状情報記憶媒体（以下、単にディスクという。）が載置、保持される。

最近では、ＨＤＤ等における情報機器の高容量化のため、２枚以上のディスクをハブに搭載したディスク駆動装置の実用化が検討され、あるいは実際に使用されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００３−２３９９５１号公報 特許３４８６８１２号公報

ところで、上記ディスク駆動装置に組み込まれる動圧軸受装置では、主に起動、停止時に軸部材と軸受スリーブとが接触し、起動、停止の繰返しにより、かかる接触領域（動圧溝の形成領域、あるいはこれに対向する領域）が磨耗する。この種のディスク駆動装置では、通常、ディスクや、ディスクを保持するハブ等が動圧軸受装置の軸部材と一体に回転する。そのため、上述のように、複数枚のディスクを搭載したディスク駆動装置では、ディスクやハブを含めた動圧軸受装置の回転体重量が増加し、これにより接触面領域における磨耗が助長される。これでは、動圧溝が磨り減らされ、十分な動圧作用を得ることができない恐れがあり、ひいては耐久性、信頼性の低下が懸念される。

また、ディスク枚数の増加に伴い、軸部材を含む動圧軸受装置の回転体重心が上方に移動することで、軸部材へのアンバランス荷重（モーメント荷重）が増大する。これでは、回転時の軸振れが悪化するため、片当りなど、本来の接触面（軸受面）以外の領域でも摺動磨耗が生じる恐れがある。

本発明の課題は、使用時における磨耗量の低減を図った動圧軸受装置を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、固定部材と、軸部を有する回転部材と、固定部材と回転部材との間に形成されるラジアル軸受部と、回転部材の回転に伴い、ラジアル軸受部に流体の動圧作用を生じる動圧発生部とを備え、回転部材にディスクが保持される動圧軸受装置において、ディスクを含めた回転部材の総重量Ｐ［Ｎ］を、軸部の外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下で、動圧発生部が複数の動圧溝と、動圧溝間に形成される丘部とで構成され、動圧溝の円周方向幅Ｗｇに対する丘部の円周方向幅Ｗｄの比Ｗｄ／Ｗｇが１以上２以下であることを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

ここで、有効軸受スパンＹは、動圧発生部により生じる流体の動圧作用でラジアル軸受部に形成される複数の高圧部の軸方向離間距離を意味し、ラジアル軸受部に三箇所以上の高圧部が形成される場合には、最も離隔して形成される高圧部間の軸方向距離を意味する。複数のラジアル軸受部が軸方向に離隔して設けられる場合も同様である。また、ラジアル軸受部に形成される流体膜の圧力が軸方向で一定の場合には、かかるラジアル軸受部の軸方向寸法を意味するものとする。

また、軸部の外径寸法が一定でない場合、軸部の外周面の、ラジアル軸受部に面する領域の外径寸法をもって外径寸法ｄとみなすものとする。

本発明は、複数枚のディスクを搭載したディスク駆動装置における、ディスク容量とアンバランス荷重との関係を踏まえた上で成されたものである。

すなわち、ディスク容量（プラッタ容量）の向上を考えた場合、ディスクのサイズ（外径寸法）は大きいに越したことはないが、あまりに大きいと、動圧軸受装置の回転体重量の増加、あるいは軸部に対するアンバランス荷重の増加につながる。一方、軸部の外径を大きくすることで、固定部材との間の軸受面積が増加するので、面圧低下につながり、また軸部の大径化は軸部それ自体のモーメント剛性（曲げ剛性）を高めることになるため好ましい。同様に、ラジアル軸受部の有効軸受スパンは、軸部（回転部材）のモーメント剛性を左右するため、できるだけ大きく設定するに越したことはない。しかしながら、軸径や有効軸受スパンは、ある程度の大きさを越えると、モーメント剛性の向上にはそれほど寄与せず、その一方で、ロストルクの増加や各構成部材の寸法増大等を招くため、適切なサイズに制限する必要がある。

本発明は、上記の事項を勘案して創出されたものであり、ディスクを含めた回転部材の総重量Ｐ［Ｎ］を、軸部の外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）を適切に規定することにより、言い換えれば、搭載すべきディスクのサイズに合わせて外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹを適正に設計することにより、ディスクの高容量化を実現しつつも、軸部に対するモーメント剛性を高めて、磨耗量の増加を極力小さく抑えることができる。従って、磨耗粉の増加に起因する回転性能の低下、あるいは回転停止の危険性を低減して、高い信頼性を有する動圧軸受装置を長期に亘って使用することができる。

また、本発明は、動圧発生部を構成する複数の動圧溝の円周方向幅Ｗｇと、動圧溝間に形成される丘部の円周方向幅Ｗｄとの比Ｗｄ／Ｗｇを上記範囲に規定したことを特徴とするものである。ディスクを含めた回転部材の総重量Ｐと、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹとの間で上記関係を満たす動圧軸受装置であれば、軸部が固定部材に片当り等することなく、高精度に回転支持されるが、あくまでも上記構成は、片当り等、軸受部以外の領域における摺動磨耗を避けるためのもので、起動停止時など、摺動接触が避けられない軸受面（動圧発生部形成領域）の摺動磨耗を考慮したものではない。本発明は、上記Ｐ／（ｄ×Ｙ）の規定に加えて、動圧発生部における動圧溝と丘部との間の円周方向幅比を適正に規定したことを特徴とするものである。すなわち、被負荷面となる丘部の円周方向幅を動圧溝のそれに比べて大きく取る（Ｗｄ／Ｗｇ≧１）ことで、従来品に比べて、起動、停止時の接触面積が増加する。そのため、面圧を下げて当該領域における磨耗を低減することができる。また、Ｗｄ／Ｗｇの上限値を２とすることで、丘部領域に対する動圧溝領域の割合が極度に減少するのを避けて、動圧溝による動圧作用の低減、ひいては軸受剛性の低下を最小限に留めることができる。従って、上記円周方向幅比を１から２の間に規定することで、複数枚のディスクを搭載した場合であっても、耐磨耗性と軸受剛性を共に高レベルで両立することができる。

固定部材が焼結金属製のスリーブ部を有する場合、このスリーブ部に動圧発生部を形成することができる。この構成によれば、例えばスリーブ部内周面のうち動圧発生部を除く領域の表面開孔から、スリーブ部の内部空孔に含浸された潤滑油がラジアル軸受部に向けて滞りなく供給される。そのため、動圧溝では上述の表面開孔から供給される潤沢な潤滑油により、高い動圧作用を安定して発揮することができる。また、丘部の端面とこれに対向する面との間（半径方向隙間）で潤滑油が不足して焼き付き等が生じるのを防いで、高圧の油膜を安定して形成することができる。

このように、動圧発生部を焼結金属で形成すれば、上記円周方向幅比を大きくとって、接触面（動圧溝領域）の磨耗量をより低減することができるが、これら動圧発生部を形成する場合には、その成形性（成形精度）にも留意する必要がある。円周方向幅比を大きくとることで相対的に動圧溝の円周方向幅は小さくなるが、一方で、動圧溝の溝深さは、軸受部の対向面幅に応じて適切に定めるべきものであるから、結果として、動圧溝の断面形状がいびつになる場合がある。このように、動圧溝の形状によっては、あるいはスリーブ部の内周面にこれら動圧溝を設ける場合には、自ずと加工上の制約が生じる。これにより動圧溝や丘部を高精度に形成することが困難となり、場合によっては成形自体が困難となる場合が考えられる。これに対して、上記円周方向幅比が、１.１≦Ｗｄ／Ｗｇ≦１.７となるように動圧溝および丘部を形成すれば、上記加工上の問題を解消して、耐磨耗性に優れ、かつ高精度な動圧発生部を形成することができる。

上述の動圧軸受装置は、例えば動圧軸受装置と、この動圧軸受装置の回転部材を回転駆動させる駆動部と、複数枚のディスクとを具備したディスク駆動装置として提供することができる。

以上のように、本発明によれば、使用時における磨耗量の低減を図ることで、高い信頼性を有する動圧軸受装置およびこれを備えたディスク駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は単に各図における上下方向を便宜的に示すもので、動圧軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。後述する第２実施形態以降の説明についても同様である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る動圧軸受装置を具備したディスク駆動装置の一構成例を概念的に示している。このディスク駆動装置は、例えば磁気ディスクを備えたＨＤＤとして用いられるもので、軸部２ａおよびハブ１１を有する回転部材３をラジアル方向に非接触支持する動圧軸受装置１と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４ａはブラケット５に固定され、ロータマグネット４ｂは回転部材３（ハブ１１）に固定される。動圧軸受装置１のハウジング部７は、ブラケット５の内周に固定される。また、同図に示すように、ハブ１１には複数枚のディスク６（図１では２枚）が保持される。このように構成されたディスク駆動装置において、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ１１およびハブ１１に固定されたディスク６が軸部２ａと一体に回転する。

図２は、動圧軸受装置１を示している。この動圧軸受装置１は、ハウジング部７と、ハウジング部７の内周に固定されるスリーブ部８と、ハウジング部７の一端を閉口する蓋部材９と、ハウジング部７およびスリーブ部８に対して相対回転する回転部材３と、シール部１０を主に備えている。この実施形態では、ハウジング部７とスリーブ部８、蓋部材９とシール部１０とで、固定部材が構成されている。

回転部材３は、この実施形態では、スリーブ部８の内周に挿入される軸部材２と、軸部材２の上端に固定され、ハウジング部７の開口側（上側）に配置されるハブ１１とを主に備える。

軸部材２は、例えばＳＵＳ鋼などの金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられるフランジ部２ｂとを備える。この実施形態では、軸部２ａの外周面２ａ１に設けられ、後述するスリーブ部８の内周面８ａとの間に各ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を形成する大径面２ａ２、２ａ２の外径寸法が、軸部２ａの外径寸法ｄ［ｍｍ］となる。なお、軸部材２は、金属材料と樹脂材料とのハイブリッド構造とすることもでき、その場合、軸部２ａの少なくとも大径面２ａ２を含む鞘部が上記金属で形成され、残りの箇所（例えば軸部２ａの芯部やフランジ部２ｂ）が樹脂で形成される。なお、フランジ部２ｂの強度を確保するため、フランジ部２ｂを樹脂・金属のハイブリッド構造とし、軸部２ａの鞘部と共に、フランジ部２ｂの芯部を金属製とすることもできる。

ハウジング部７は、真ちゅう等の金属材料あるいは樹脂材料で筒状に形成され、その軸方向両端を開口した形態をなす。ハウジング部７の下端内周には、後述する蓋部材９を固定するための固定面７ａが形成される。また、固定面７ａの上方に位置するハウジング部７の内周面７ｂには、スリーブ部８の外周面８ｃが、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着（超音波溶着やレーザ溶着を含む）など適宜の手段で固定される。

スリーブ部８は、例えば金属製の非孔質体あるいは焼結金属からなる多孔質体で円筒状に形成される。この実施形態では、スリーブ部８は、銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。もちろん、スリーブ部８を樹脂やセラミック等、金属以外の材料で形成することも可能である。

スリーブ部８の内周面８ａの全面又は一部領域には、所定の形状に配列された複数の動圧溝と、各動圧溝間に形成される丘部とからなる動圧発生部が形成される。この実施形態では、例えば図３に示すように、複数の動圧溝をそれぞれヘリングボーン形状に配列した動圧発生部Ａ、Ｂが軸方向に離隔して２箇所形成される。これら動圧発生部Ａ、Ｂは、軸部２ａをスリーブ部８の内周に挿入した状態では、軸部２ａの外周面２ａ１（この実施形態では大径面２ａ２）と対向し、軸部２ａ（回転部材３）の回転時、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に後述する第一、第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ形成する（図２を参照）。

詳述すると、動圧発生部Ａにおいては、図３に示すように、円周方向線Ｘ１に対してスリーブ部８の軸方向一方に傾斜してなる複数の動圧溝Ａ１が円周方向に亘って形成されると共に、円周方向線Ｘ１に対して軸方向他方に傾斜してなる動圧溝Ａ２が円周方向に亘って形成される。円周方向で互いに近接する動圧溝Ａ１、Ａ１間には丘部Ａ３が形成され、同様に、動圧溝Ａ２、Ａ２間にも丘部Ａ４が形成される。動圧溝Ａ１の下流側端部Ａ１１と動圧溝Ａ２の下流側端部Ａ２１との間には平滑部Ａ５が内周面８ａの全周に亘って形成される。この実施形態では、動圧溝Ａ１、Ａ２が、内周面８ａの、動圧発生部Ａを除く領域と同一面上にあり、丘部Ａ３、Ａ４および平滑部Ａ５が、動圧溝Ａ１、Ａ２より小径の同一面上にある。また、内周面８ａの軸方向下側に位置する動圧発生部Ｂに関しても、上記と同様に動圧溝Ｂ１、Ｂ２や丘部Ｂ３、Ｂ４、平滑部Ｂ５が形成されている。

この際、図３に示すように、動圧溝Ａ１（動圧溝Ａ２）の円周方向幅Ｗｇに対する丘部Ａ３（丘部Ａ４）の円周方向幅Ｗｄの比は、１≦Ｗｄ／Ｗｇ≦２の範囲内に設定される。動圧溝Ｂ１、Ｂ２および丘部Ｂ３、Ｂ４に関しても同様に、動圧溝Ｂ１（動圧溝Ｂ２）の円周方向幅Ｗｇに対する丘部Ｂ３（丘部Ｂ４）の円周方向幅Ｗｄの比が１≦Ｗｄ／Ｗｇ≦２の範囲内に設定される。この実施形態では、上記円周方向幅比Ｗｄ／Ｗｇが１.５となるよう、動圧溝Ａ１と丘部Ａ３、動圧溝Ａ２と丘部Ａ４、動圧溝Ｂ１と丘部Ｂ３、動圧溝Ｂ２と丘部Ｂ４との間で円周方向幅寸法が定められる。

スリーブ部８の下端面８ｂの全面又は一部環状領域には、所定の形状に配列された複数の動圧溝と、各動圧溝間に形成される丘部とからなる動圧発生部が形成される。この実施形態では、例えば図４に示すように、複数の動圧溝Ｃ１をスパイラル形状に配列した動圧発生部Ｃが形成される。この動圧発生部Ｃはフランジ部２ｂの上端面２ｂ１と対向し、軸部２ａの回転時、対向する上端面２ｂ１との間に後述する第一スラスト軸受部Ｔ１を形成する（図２を参照）。

この際、動圧発生部Ｃについても、動圧発生部Ａ、Ｂと同様に、動圧溝Ｃ１の円周方向幅Ｗｇに対する丘部Ｃ２の円周方向幅Ｗｄの比が、１≦Ｗｄ／Ｗｇ≦２となるよう、動圧溝Ｃ１および丘部Ｃ２を形成することが可能である。また、後述する蓋部材９の動圧発生部Ｄに関しても、同様の円周方向幅比をなすよう、動圧溝と丘部とを形成することが可能である。

ハウジング部７の下端側を閉口する蓋部材９は、金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部７の内周下端に設けられた固定面７ａに固定される。ここで、固定手段は特に限定されず、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着（例えば超音波溶着）、溶接（例えばレーザ溶接）などの手段を、材料の組合わせや要求される固定強度、密封性などに合わせて適宜選択することができる。

蓋部材９の上端面９ａの全面又は一部環状領域には、例えば図４と同様の配列態様（スパイラルの方向は逆）をなす動圧発生部Ｄが形成される。この動圧発生部Ｄはフランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部２ａの回転時には、下端面２ｂ２との間に後述する第２スラスト軸受部Ｔ２を形成する（図２を参照）。

シール手段としてのシール部１０は、ハウジング部７とは別体に金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部７の上端内周に圧入、接着、溶着、溶接等の手段で固定される。この実施形態では、シール部１０の固定は、シール部１０の下端面１０ｂをスリーブ部８の上端面８ｄに当接させた状態で行われる（図２を参照）。

シール部１０の内周にはシール面１０ａが形成されており、このシール面１０ａと、シール面１０ａに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間にシール空間Ｓが形成される。後述する潤滑油を動圧軸受装置１内部に充満させた状態では、潤滑油の油面は常時シール空間Ｓの範囲内に維持される。

動圧軸受装置１内部に充満される潤滑油としては、種々のものが使用可能であるが、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用の動圧軸受装置に提供される潤滑油には、その使用時あるいは輸送時における温度変化を考慮して、低蒸発率及び低粘度性に優れたエステル系潤滑油、例えばジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）等が好適に使用可能である。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部２ａ（回転部材３）の回転時、スリーブ部８の内周面８ａに形成された動圧発生部Ａ、Ｂは、対向する軸部２ａの外周面２ａ１（この実施形態では大径面２ａ２、２ａ２）との間にそれぞれ第一ラジアル軸受部と第二ラジアル軸受部を形成する。そして、軸部２ａの回転に伴い、上記ラジアル軸受部Ｒ１の潤滑油が動圧発生部Ａの両端側から動圧溝Ａ１、Ａ２へと流れ込み、平滑部Ａ５へと押し込まれる。この場合、動圧溝Ａ１、Ａ２により生じる潤滑油の動圧作用で、平滑部Ａ５に形成される油膜の圧力が高められる（高圧部が形成される）。同様に、動圧溝Ｂ１、Ｂ２を介して平滑部Ｂ５へと潤滑油が押し込まれ、動圧溝Ｂ１、Ｂ２により第二ラジアル軸受部Ｒ２に生じる潤滑油の動圧作用で、平滑部Ｂ５に形成される油膜の圧力が高められる（高圧部が形成される）。このように、各動圧発生部Ａ、Ｂによって第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２に生じる潤滑油の動圧作用によって、軸部２ａ（回転部材３）がラジアル方向に非接触支持される。

これと同時に、スリーブ部８の下端面８ｂに形成される動圧発生部Ｃとこれに対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１との間の第一スラスト軸受部Ｔ１、および蓋部材９の上端面９ａに形成される動圧発生部Ｄとこれに対向するフランジ部２ｂの下端面２ｂ２との間の第二スラスト軸受部Ｔ２に形成される潤滑油膜の圧力が、動圧溝Ｃ１等の動圧作用により高められる。そして、これら油膜の圧力によって、回転部材３（ハブ１１）がスラスト方向に非接触支持される。

この際、第一ラジアル軸受部Ｒ１においては、動圧溝Ａ１、Ａ２間の平滑部Ａ５に高圧部が形成され、第二ラジアル軸受部Ｒ２においては、動圧溝Ｂ１、Ｂ２間の平滑部Ｂ５に高圧部が形成される。そのため、この実施形態では、上側の平滑部Ａ５の軸方向中央位置（図３中、円周方向線Ｘ１の位置）から、下側の平滑部Ｂ５の軸方向中央位置（図３中、円周方向線Ｘ２の位置）までの間の軸方向距離が、有効軸受スパンＹ［ｍｍ］となる。

よって、ハブ１１に搭載されるディスク６（図１では２枚）を含めた回転部材３の総重量をＰ［Ｎ］とした場合、かかる総重量Ｐを、軸部２ａの外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積（ｄ×Ｙ）で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められる。このようにして軸部２ａとスリーブ部８（動圧発生部Ａ、Ｂ）を設計することで、ディスク６（プラッタ）の高容量化を達成しつつも、軸部２ａのスリーブ部８に対する片当り等を避けて、かかる磨耗量の増加を極力小さく抑えることができる。

また、動圧発生部Ａ（動圧発生部Ｂについても同様）における、動圧溝Ａ１、Ａ２の円周方向幅Ｗｇと丘部Ａ３、Ａ４の円周方向幅Ｗｄとの比Ｗｄ／Ｗｇが、１以上２以下となるよう、各動圧溝Ａ１、Ａ２および丘部Ａ３、Ａ４の寸法を定めたので、主に起動停止時、軸部２ａの大径面２ａ２との接触面積（摺動面積）を大きくしてかかる面圧を低減しつつも、動圧溝Ａ１、Ａ２による動圧作用を確保することができる。従って、共に高い耐磨耗性と軸受剛性とを発揮することが可能となる。動圧発生部Ｃ、Ｄについても同様に、フランジ部２ｂの各端面２ｂ１、２ｂ２との接触面積を大きくして面圧の低減を図り、かつ動圧溝Ｃ１等による高い動圧作用を得ることができる。

また、この実施形態では、スリーブ部８を焼結金属で形成し、かつスリーブ部８の内部に潤滑油を含浸させたものを使用した。かかる構成によれば、例えば内周面８ａの軸方向両端に位置する斜面部８ａ１、８ａ１や、内周面８ａのうち動圧発生部Ａ、Ｂの間に位置する領域の表面開孔から、スリーブ部８の内部空孔に含浸された潤滑油がラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２に向けて滞りなく供給される。そのため、上記円周方向幅比Ｗｄ／Ｗｇを大きくとることで、動圧溝Ａ１、Ａ２の円周方向幅が相対的に狭まる場合であっても、動圧溝Ａ１、Ａ２ではその表面開孔から供給される潤沢な潤滑油により、高い動圧作用を安定して発揮することができる。また、丘部Ａ３、Ａ４の端面とこれに対向する面との間（半径方向隙間）で潤滑油が不足して焼き付き等が生じるのを防いで、高圧の油膜を安定して形成することができる。他の動圧発生部Ｂ、Ｃについても同様の理由から、対向する面２ｂ１、２ｂ２との間のスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２に高圧油膜を安定的に形成することができる。

また、動圧発生部Ａを焼結金属で形成する場合、その成形性（成形精度）の観点から、上記動圧溝Ａ１と丘部Ａ３との円周方向幅比が、１．１≦Ｗｄ／Ｗｇ≦１．７となるよう、かかる動圧溝Ａ１および丘部Ａ３を形成するのが好ましい（動圧溝Ａ２と丘部Ａ４についても同様である）。これは、円周方向幅比Ｗｄ／Ｗｇを大きくとることで、動圧溝Ａ１の円周方向幅Ｗｇに対してその溝深さの大きさが大きく上回る場合、結果的に動圧溝Ａ１が溝サイジング等で高精度に成形し難い形状になるためである。従って、上記円周方向幅比Ｗｄ／Ｗｇが上述の範囲内に収まるよう動圧溝Ａ１および丘部Ａ３の寸法を定めることで、上記加工上の問題を解消して、耐磨耗性に優れ、かつ高精度な動圧溝Ａ１や丘部Ａ３（動圧発生部Ａ）を形成することができる。もちろん、他の動圧発生部Ｂ、Ｃ、およびＤについても上述の範囲内に円周方向幅比を設定することで、同様の作用を得ることができる。

以上、本発明の第１実施形態を説明したが、本発明は、他の構成に係る動圧軸受装置についても適用可能である。以下、本発明の第２実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上記実施形態で説明した構成要素と同一の作用を奏する部位、部材については同一の符号を付し、説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る動圧軸受装置２１を具備したディスク駆動装置の一構成例を概念的に示している。このディスク駆動装置は、軸部２２およびハブ３０を有する回転部材２３を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置２１と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４（図５ではロータマグネット４ｂのみ図示）と、ブラケット５とを備えている。また、同図に示すように、ハブ３０には複数枚のディスク６（図５では２枚）が保持される。このように構成されたディスク駆動装置において、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ３０およびハブ３０に固定されたディスク６が軸部２２と一体に回転する。

動圧軸受装置２１は、ハウジング部２７と、ハウジング部２７に固定されたスリーブ部８と、ハウジング部２７およびスリーブ部８に対して相対回転する回転部材２３とを主に備える。この実施形態では、固定側部材は、ハウジング部２７とスリーブ部８、および軸方向両端に開口するハウジング部２７の一端側を封口する蓋部材２９とで構成される。

回転部材２３は、ハウジング部２７の開口側に配置されるハブ３０と、スリーブ部８の内周に挿入される軸部２２とを備えている。

ハブ３０は金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部７の開口側（上側）を覆う円盤部３０ａと、円盤部３０ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部３０ｂと、筒状部３０ｂの外周から外径側に張り出した鍔部３０ｃ、および鍔部３０ｃの上端に設けられたディスク搭載面３０ｄとで構成される。複数のディスク６（同図では２枚）は、円盤部３０ａの外周に外嵌され、ディスク搭載面３０ｄに載置される。そして、図示しない適当な保持手段（クランパなど）によってディスク６、６がハブ３０に保持される。なお、この図示例では、ハブ３０は例えば軸部２２をインサート部品とする樹脂の射出成形で形成される。

軸部２２は、この実施形態ではハブ３０と別体に形成され、その下端に抜止めとしてフランジ部２ｂを別体に備えている。フランジ部２２ｂは、金属製で、例えばねじ結合等の手段により軸部２２に固定される。軸部２２は軸方向に亘って径一定の外周面形状をなす。そのため、この実施形態では、スリーブ部８の内周面８ａと対向する軸部２２の外周面２２ａの外径寸法が、軸部２２の外径寸法ｄ［ｍｍ］となる。なお、この実施形態では、軸部２２をハブ３０と別体に形成した場合を例示したが、軸部２２をハブ３０とを例えば同一の金属材料で一体に形成することも可能である。

ハウジング部２７はその軸方向両端を開口した円筒形状をなすもので、その一端側を蓋部材２９で封口している。他端側の端面（上端面２７ａ）の全面または一部環状領域には、例えば図４に示す形状（スパイラルの方向は逆）の動圧発生部Ｄが設けられる。ハウジング部２７の形成材料は特に問わず、例えば金属や樹脂など、任意の材料が使用可能である。

ハウジング部２７の他端側開口部を封口する蓋部材２９は、金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部２７の他端内周側に設けられた段部２７ｂに固定される。

ハウジング部２７の外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状のシール面２７ｄが形成される。このテーパ状のシール面２７ｄは、筒状部３０ｂの内周面３０ｂ１との間に、ハウジング部２７の封口側（下方）から開口側（上方）に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。このシール空間Ｓは、軸部２２およびハブ３０の回転時、後述する第２スラスト軸受部Ｔ１２の外径側と連通している。

ハウジング部２７の内周面２７ｃには、スリーブ部８の外周面８ｃが固定される。なお、この実施形態におけるスリーブ部８の構成（動圧発生部Ａ、ＢおよびＣの構成）は、第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

動圧軸受装置２１の内部には潤滑油が充填され、これにより、各軸受隙間や、焼結金属製のスリーブ部８の内部を含めた軸受内部空間が潤滑油で満たされる。この際、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ内に維持される。

上記構成の動圧軸受装置２１において、軸部２２（回転部材２３）の回転時、スリーブ部８の内周面８ａに形成された動圧発生部Ａ、Ｂは、対向する軸部２２の外周面２２ａとの間にそれぞれ第一ラジアル軸受部Ｒ１１と第二ラジアル軸受部Ｒ１２を形成する。そして、軸部２２の回転に伴い、動圧溝Ａ１、Ａ２により潤滑油の動圧作用を生じ、平滑部Ａ５に形成される油膜の圧力が高められる（図３を参照）。同様に、動圧溝Ｂ１、Ｂ２により生じる潤滑油の動圧作用で、平滑部Ｂ５には高圧の潤滑油膜が形成される。このように、各動圧発生部Ａ、Ｂによってラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２に生じる潤滑油の動圧作用によって、軸部２２（回転部材２３）がラジアル方向に非接触支持される。

これと同時に、ハウジング部２７の上端面２７ａ（動圧発生部Ｄ）とこれに対向するハブ３０の下端面３０ａ１との間の第一スラスト軸受部Ｔ１１、およびスリーブ部８の下端面８ｂ（動圧発生部Ｃ）とこれに対向するフランジ部２２ｂの上端面２２ｂ１との間の第二スラスト軸受部Ｔ１２に形成される潤滑油膜の圧力が、動圧溝Ｃ１等の動圧作用により高められる。そして、これら油膜の圧力によって、回転部材２３が両スラスト方向に非接触支持される。

この際、第一ラジアル軸受部Ｒ１１においては、第１実施形態と同様、動圧溝Ａ１、Ａ２間の平滑部Ａ５に高圧部が形成され、第二ラジアル軸受部Ｒ１２においては、動圧溝Ｂ１、Ｂ２間の平滑部Ｂ５に高圧部が形成される。そのため、この実施形態でも、上側の平滑部Ａ５の軸方向中央位置（図３中、円周方向線Ｘ１の位置）から、下側の平滑部Ｂ５の軸方向中央位置（図３中、円周方向線Ｘ２の位置）までの間の軸方向距離が、有効軸受スパンＹ［ｍｍ］となる。

よって、ハブ３０に搭載されるディスク６（図５では２枚）を含めた回転部材２３の総重量をＰ［Ｎ］とした場合、かかる総重量Ｐを、軸部２２の外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積（ｄ×Ｙ）で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められる。このようにして軸部２２とスリーブ部８（動圧発生部Ａ、Ｂ）を設計することで、ディスク６（プラッタ）の高容量化を達成しつつも、軸部２２のスリーブ部８に対する片当り等を避けて、かかる磨耗量の増加を極力小さく抑えることができる。

また、動圧発生部Ａ（動圧発生部Ｂについても同様）における、動圧溝Ａ１、Ａ２の円周方向幅Ｗｇと丘部Ａ３、Ａ４の円周方向幅Ｗｄとの比Ｗｄ／Ｗｇが、１以上２以下となるよう、各動圧溝Ａ１、Ａ２および丘部Ａ３、Ａ４の寸法を定めることで、主に起動停止時、軸部２２の外周面２２ａとの接触面積（摺動面積）を大きくしてかかる面圧を低減しつつも、動圧溝Ａ１、Ａ２による動圧作用を確保することができる。従って、共に高い耐磨耗性と軸受剛性とを発揮し得る動圧軸受装置２１を提供することができる。動圧発生部Ｃ、Ｄについても同様に、フランジ部２２ｂの端面２２ｂ１、およびハブ３０の下端面３０ａ１との接触面積を大きくして面圧の低減を図り、かつ動圧溝Ｃ１等による高い動圧作用を得ることができる。

上記構成の動圧軸受装置１、２１あるいはこれらを具備したディスク駆動装置は、上述のＨＤＤ用のスピンドルモータだけでなく、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等の情報機器に搭載されるスピンドルモータ用など、情報機器用の軸受装置あるいはディスク駆動装置として好適に適用可能である。また、本発明のように、使用時における磨耗量の低減化が可能な動圧軸受装置およびこれを備えたディスク駆動装置であれば、連続運転中、摩耗粉等の堆積に起因してロックが発生するのを確実に避けることができる。そのため、例えばサーバ用ＨＤＤなど、長期間に亘って安定した回転性能（軸受性能）を要求される機器に対しても、高い信頼性を有する軸受装置として好適に提供することができる。

また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２に、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝配列領域を設け、かかる領域により潤滑流体の動圧作用を発生させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ラジアル軸受部に流体の動圧作用を生じる動圧発生部を備え、この動圧発生部が複数の動圧溝および動圧溝間に形成される丘部とを備えたものである限り、任意の配列形状をなす動圧溝配列領域（動圧発生部）が構成可能である。もちろん、この動圧発生部を備えたものである限り、他構成を有する動圧軸受装置に対しても本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、回転部材と固定部材との間に、２つのラジアル軸受部を設けた場合を例示したが、３つ以上あるいは１つのラジアル軸受部を設けたものについても本発明を適用することができる。

また、上記動圧発生部は、ハウジング部７やスリーブ部８など固定部材の側に設ける他、これらに対向する回転部材３（軸部２ａなど）の側に設けることもできる。

また、以上の説明では、動圧軸受装置１の内部に充満し、ラジアル軸受部や、スラスト軸受部に動圧作用を生じる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受部に動圧作用を発生可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の第１実施形態に係る動圧軸受装置を具備したディスク駆動装置の断面図である。 動圧軸受装置の断面図である。 スリーブ部の縦断面図である。 スリーブ部の下側端面図である。 第２実施形態に係る動圧軸受装置を具備したディスク駆動装置の断面図である。

符号の説明

１、２１ 動圧軸受装置
２ａ、２２ 軸部
２ａ１、２２ａ 外周面
３、２３ 回転部材
６ ディスク
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 動圧発生部
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１ 動圧溝
Ａ３、Ａ４、Ｂ３、Ｂ４、Ｃ２ 丘部
ｄ 外径寸法
Ｐ ディスクを含めた回転部材の総重量
Ｙ 有効軸受スパン
Ｗｇ 円周方向幅（動圧溝）
Ｗｄ 円周方向幅（丘部）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２ スラスト軸受部

Claims (3)

1. 固定部材と、軸部を有する回転部材と、前記固定部材と前記回転部材との間に形成されるラジアル軸受部と、前記回転部材の回転に伴い、前記ラジアル軸受部に流体の動圧作用を生じる動圧発生部とを備え、前記回転部材にディスクが保持される動圧軸受装置において、
   前記ディスクを含めた回転部材の総重量Ｐ［Ｎ］を、前記軸部の外径寸法ｄ［ｍｍ］と前記ラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下で、
   前記動圧発生部が複数の動圧溝と、該動圧溝間に形成される丘部とで構成され、前記動圧溝の円周方向幅Ｗｇに対する前記丘部の円周方向幅Ｗｄの比Ｗｄ／Ｗｇが１以上２以下であることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 前記固定部材が焼結金属製のスリーブ部を有し、該スリーブ部に前記動圧発生部が形成されている請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 請求項１又は２記載の動圧軸受装置と、該動圧軸受装置の前記回転部材を回転駆動させる駆動部と、前記複数枚のディスクとを具備したディスク駆動装置。

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