動圧軸受装置
【課題】 高い軸受性能を備え、かつ低コストでコンパクトな動圧軸受装置を提供する。
【解決手段】 動圧軸受装置１は、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるラジアル動圧発生部と、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させるスラスト動圧発生部とを備える。スラスト軸受隙間は、軸受スリーブ８の上側端面８ｂとディスクハブ３の下側端面３ａ１との間に形成され、その外径側領域８ｆをシール空間Ｓにつなげると共に、内径側領域８ｅをラジアル軸受隙間の上端につなげている。ラジアル軸受隙間の下端は、油循環路１４を介してスラスト軸受隙間の外径側領域８ｆにつながっている。さらに、スラスト動圧発生部は、スラスト軸受隙間の外径側領域８ｆから内径側領域８ｅへ潤滑油を流動させる形状である。
【解決手段】 動圧軸受装置１は、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるラジアル動圧発生部と、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させるスラスト動圧発生部とを備える。スラスト軸受隙間は、軸受スリーブ８の上側端面８ｂとディスクハブ３の下側端面３ａ１との間に形成され、その外径側領域８ｆをシール空間Ｓにつなげると共に、内径側領域８ｅをラジアル軸受隙間の上端につなげている。ラジアル軸受隙間の下端は、油循環路１４を介してスラスト軸受隙間の外径側領域８ｆにつながっている。さらに、スラスト動圧発生部は、スラスト軸受隙間の外径側領域８ｆから内径側領域８ｅへ潤滑油を流動させる形状である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に関するものである。動圧軸受装置は、情報機器、例えば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のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用の軸受装置として好適である。
【背景技術】
【０００２】
上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定付ける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する動圧軸受装置の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。
【０００３】
例えば、ＨＤＤ等のスピンドルモータに用いられる動圧軸受装置では、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間を充満する潤滑流体（例えば、潤滑油）に生じる動圧作用で、軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、スラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とが設けられる。
【０００４】
この種の動圧軸受装置には、潤滑油の漏れを防止するためのシール空間が設けられている。ところが、軸部材の回転中には、動圧溝による動圧作用で軸部材をスラスト方向で非接触支持するスラスト軸受部の流体圧力と、シール空間での流体圧力との間に差を生じ、これが軸受性能に悪影響を与える場合がある。スラスト軸受部の流体圧力が、大気圧にほぼ等しいシール空間の流体圧力に比べて極端に高くなったり、逆に負圧になったりしないように、軸受スリーブの外周面あるいはハウジングの内周面に潤滑油が流れる溝（循環溝）を設けたものが知られている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００３−３２２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油に流体動圧を発生させる動圧発生部（ラジアル動圧発生部）として、例えばヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝が軸受スリーブの内周面に形成されている。また、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油に流体動圧を発生させる動圧発生部（スラスト動圧発生部）として、例えばスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が軸受スリーブの端面および蓋部材の端面に形成されている。
【０００６】
ところで、ラジアル動圧発生部に形成されたヘリングボーン形状の動圧溝は、軸方向に潤滑油を流動させるためのポンピング機能を有している。特許文献１に示す形態の動圧軸受装置では、この動圧溝によるポンピング機能によってスラスト軸受部に押し込まれた潤滑油を、上記循環溝を通じてシール空間へ向けて循環させ、軸受装置内部の流体圧力が調整されている。しかしながら、この種の動圧溝は、複雑な形状であるため加工コストが高騰する。
【０００７】
また、特許文献１に示す動圧軸受装置では、二箇所に形成されたスラスト軸受部で軸部材がスラスト方向に非接触支持されるが、スラスト動圧発生部を二箇所に形成する必要があるため、これによっても加工コストが高騰する。また、この種の動圧軸受装置では、油漏れを防止するためのシール空間が必要となるが、特許文献１に示す軸受装置では、このシール空間がスラスト軸受隙間と軸方向に並べて配置されているため、この点が軸受装置の軸方向寸法を増大させる要因となる。
【０００８】
近年、動圧軸受装置が組込まれる情報機器においては、急速な高性能化が図られている一方で急速に低価格化、コンパクト化も進行しており、動圧軸受装置に対するこの種の要求は益々厳しさを増しているが、上記構造の動圧軸受装置ではこの種の要求に応えるのが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の問題点を解決するため、本発明で提供する動圧軸受装置は、ラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に面し、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、スラスト軸受隙間と、スラスト軸受隙間に面し、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えるものであって、スラスト軸受隙間の外径側を、外気に開放した油面を有するシール空間につなげると共に、油循環路を介してラジアル軸受隙間の一端とつなげ、スラスト軸受隙間の内径側をラジアル軸受隙間の他端とつなげ、スラスト動圧発生部を、スラスト軸受隙間の外径側から内径側へ潤滑油が流動する形状に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油がスラスト動圧発生部のポンピング作用により内径側に押し込まれる。内径側に押し込まれた潤滑油は、スラスト軸受隙間から、その内径側につながったラジアル軸受隙間、さらにはラジアル軸受隙間につながった油循環路を経てスラスト軸受隙間の外径側に戻る。そのため、軸受装置の内部空間に満たされた潤滑油は、スラスト軸受隙間→ラジアル軸受隙間→油循環路→スラスト軸受隙間からなる経路を辿って定常的に循環する。この時、シール空間につながったスラスト軸受隙間の外径側では潤滑油の圧力が大気圧に略等しくなるが、スラスト軸受隙間の内径側では、スラスト動圧発生部の外径側から内径側へのポンピング作用により、潤滑油の圧力が大気圧よりも高まる。スラスト軸受隙間の下流側では、粘性抵抗によって潤滑油の圧力が徐々に低下するが、スラスト軸受隙間に戻るまで潤滑油の流路が密閉状態にあるから、圧力はなお大気圧よりも高い状態を維持する。これにより、軸受装置内の各部における負圧の発生が防止されるので、負圧発生を原因とする気泡の生成や振動の発生を抑え、さらには動圧軸受装置の回転性能を高精度に管理することができる。
【００１１】
この場合、油循環路の断面積を潤滑油の流れ方向で変動させれば、粘性抵抗による圧力降下量を適宜調整することが可能となり、負圧発生をより確実に防止することが可能となる。
【００１２】
スラスト動圧発生部の形状は、外径側から内径側に潤滑油を流動させる機能（ポンプイン機能）を有するものであれば特に問わず、代表例としてスパイラル型に配列した動圧溝を挙げることができる。この他、例えばへリングボーン形状の動圧溝のようにポンプイン機能とポンプアウト機能とを併有するものであっても、ポンプアウト機能による外径側への流れよりもポンプイン機能による内径側への流れが支配的となるのであれば、スラスト軸受隙間の全体では外径側から内径側へ潤滑油が流動するので、この種の動圧発生部を採用することも可能となる。
【００１３】
また、本発明の構成では、スラスト動圧発生部は一箇所のみに形成されるので、軸方向二箇所にスラスト動圧発生部を形成する場合に比べ、その加工コストを低減することができる。さらにシール空間をスラスト軸受隙間の外径側に配置することができるので、両者を軸方向に並べて配置する場合に比べて、軸受装置の軸方向寸法をコンパクト化することができる。
【００１４】
本発明の構成によれば、上述したようにスラスト動圧発生部が有するポンピング能力で軸受装置内部を充満する潤滑油を循環させることができる。したがって、ラジアル動圧発生部は、ラジアル軸受部で軸方向に潤滑油を流動させない形状に形成することができる。
【００１５】
これに該当するラジアル動圧発生部としては、例えば円周方向に、複数の軸方向溝を配したステップ面、複数の円弧面を有する多円弧面、もしくは調和波形面を有する波状面等を挙げることができる。例示したこれらの形状は、軸方向で同一の断面形状をなすので、従来用いられていた傾斜状の動圧溝（例えばヘリングボーン形状に配列した動圧溝）と比べて低コストに加工することができる。なお、これらのラジアル動圧発生部は、軸部材の外周面または軸受スリーブの内周面のうち、少なくとも何れか一方に形成される。
【００１６】
以上の構成を有する動圧軸受装置は、動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で電磁力を生じるステータコイルとを有するモータ、例えば情報機器用のスピンドルモータ等に好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、高い軸受性能を備え、かつ低コストでコンパクトな動圧軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。この情報機器用スピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３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４およびロータマグネット５と、動圧軸受装置１を固定するブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられている。ブラケット６の内周に動圧軸受装置１のハウジング７が装着されている。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する電磁力でロータマグネット５が回転し、それに伴ってディスクハブ３および軸部材２が一部材（回転部材）となって一体回転する。
【００２０】
ディスクハブ３は、円盤部３ａと、円盤部３ａの外周に設けられた円筒状の第二円筒部３ｃと、第二円筒部３ｃよりも内径側に位置し同じく円筒状の第一円筒部３ｂとからなる。第二円筒部３ｃの内径側には、ステータコイル４と対向するロータマグネット５の取付け部３ｄが設けられ、当該取付け部３ｄにロータマグネット５が、例えば接着固定されている。
【００２１】
図２は、本発明の構成を有する動圧軸受装置１の拡大断面図である。この動圧軸受装置１は、有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周に固定された軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８の内周に挿入された軸部材２とを主要な構成部材として含む。なお、以下では、説明の便宜上、ハウジング７の開口側を上側、これと軸方向反対側を下側として説明を行う。
【００２２】
軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で軸状に形成される。本実施形態において、軸部材２の外周面２ａは、凹凸のない平滑な円筒面状に、また下側端面２ｂも凹凸のない平滑な平坦面状に形成されている。
【００２３】
軸部材２には、適宜の手段で上述のディスクハブ３が固定され、互いに固定された軸部材２とディスクハブ３とで回転部材９が形成される。このとき、軸部材２をインサート部品としてディスクハブ３を射出成形（インサート成形）すれば、ディスクハブ３の成形および軸部材２へのディスクハブ３の取付けを同時に行うことができ、軸部材２とディスクハブ３とを高精度かつ低コストに一体化することができる。射出成形の材料としては、樹脂材料、金属材料、あるいはセラミック等を使用することができる。なお、ディスクハブ３を軸部材２とは別体に形成した後、軸部材２に圧入や圧入接着等することにより回転部材９を構成してもよい。
【００２４】
ハウジング７は、金属材料あるいは樹脂材料で有底筒状に形成される。図示例のハウジング７は、側部７ｂと、側部７ｂの下端開口を封口する底部７ｃとからなり、側部７ｂと底部７ｃとは一体に形成されている。
【００２５】
ハウジング７を構成する側部７ｂの上側端面７ｄは、ディスクハブ３を構成する第一円筒部３ｂよりも内径側の円盤部３ａの下側端面３ａ１と軸方向に対向し、この下側端面３ａ１との間に円環状の軸方向空間Ｐを形成する。この軸方向空間Ｐは、後述するスラスト軸受隙間の軸方向幅よりも大きくすることができる。また、側部７ｂの外周上端に設けられたテーパ面７ｅはディスクハブ３の第一円筒部３ｂの内周面３ｂ１と半径方向に対向し、この内周面３ｂ１との間に上方ほど半径方向寸法を漸次縮小させたテーパ状のシール空間Ｓを形成する。シール空間Ｓでは軸受装置の内部に注油された潤滑油が毛細管力によって保持される。シール空間Ｓには、軸受装置の運転中および停止中を問わず、外気に開放した油面が常時存在する。シール空間Ｓは軸方向空間Ｐの外径部につながっている。
【００２６】
ディスクハブ３の第一円筒部３ｂの下端内周には、軸部材２（回転部材９）の軸方向上方への相対変位時、ハウジング７と軸方向で係合して回転部材９の抜け止めを図る抜け止め部材１０が取り付けられている。
【００２７】
ハウジング７の内周には軸受スリーブ８が、例えば圧入、接着等適宜の手段により固定される。この軸受スリーブ８は、焼結金属からなる多孔質体、例えば銅を主成分とする焼結金属に潤滑油を含浸させた含油焼結金属の多孔質体を用いて後述する方法で円筒状に形成される。この他、中実の金属材料、例えば黄銅等の軟質金属材料で軸受スリーブ８を形成することもできる。
【００２８】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面Ａが形成される。このラジアル軸受面Ａは軸方向に離隔した二箇所に形成され、両ラジアル軸受面Ａには、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるラジアル動圧発生部として、例えば、図３に示すような複数の軸方向溝１５を配したステップ面が形成される。軸方向溝１５は、加工の容易性と等方剛性のバランスを考慮すると、図示例のように、円周方向等間隔に３箇所形成するのが望ましいが、３箇所に限らず２箇所、または４箇所以上形成することもできる。なお、ラジアル動圧発生部は、軸部材２の外周面２ａに形成することもできる。また、図示例では理解の容易化のために軸方向溝１５の深さを誇張して描いているが、実際には数μｍ程度である。
【００２９】
また、軸受スリーブ８の上側端面８ｂの全体または一部環状領域には、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面Ｂが形成される。このスラスト軸受面Ｂには、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させるスラスト動圧発生部として、例えばスパイラル形状に配した複数の動圧溝８ｂ１がポンプイン機能を奏するように形成される。なお、スラスト動圧発生部は、ディスクハブ３の下側端面３ａ１に形成することもできる。
【００３０】
上記軸受スリーブ８は、例えば、サイジング→回転サイジング→ラジアル軸受面（ラジアル動圧発生部）成形加工を経て形成される。サイジング工程では、焼結金属素材の外周面を円筒状のダイに圧入すると共に、内周面にサイジングピン（断面真円形状）を圧入することで焼結金属素材の外周面と内周面のサイジングが行われる。回転サイジング工程では、断面略多角形のサイジングピン（断面真円形状のピンの外周面を部分的に平坦加工して、円周等配位置に円弧部分を残したもの）を焼結金属素材の内周面に圧入し、これを回転させることで内周面のサイジングが行われる。軸受面成形工程では、上記のようなサイジング加工を施した焼結金属素材の内周面に、軸受スリーブ８の内周面形状に対応した形状の成形型（コアロッド）を挿入し、外部からダイや上下パンチ等で加圧することによって、ラジアル軸受面Ａの軸方向溝１５とそれ以外の領域とが同時成形される。
【００３１】
加圧後、ダイおよび上下パンチが開放されると、焼結金属素材にスプリングバックが生じ、コアロッドと焼結金属素材間に微小隙間が形成される。このとき、本実施形態にかかるラジアル軸受面Ａの軸方向溝１５は、コアロッドと軸方向の係合関係を有さないので、溝形状の崩れ等を心配することなく、容易にコアロッドを軸方向に抜き取ることが可能となる。また、この際別途コアロッドや焼結金属素材（軸受スリーブ８）を加熱する必要もない。本実施形態では、焼結金属素材を加圧する上パンチの端面に、スラスト軸受面Ｂの形状に対応した型を形成しておくことで、加圧と同時にスラスト軸受面Ｂが形成される。なお、本実施形態において、特にラジアル軸受面Ａは簡易な形状（ステップ面）で形成されているので、切削や転造等の機械加工で形成することも容易に可能である。
【００３２】
上記構成の動圧軸受装置１において、軸受スリーブ８の内周面８ａに離隔形成されたラジアル軸受面Ａは、それぞれ軸部材２の外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。軸受スリーブ８と軸部材２とが相対回転すると（本実施形態では軸部材２が回転する）、ラジアル軸受面Ａに形成された複数のステップ面の作用によって各ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、その圧力によって回転部材９がラジアル方向に回転自在に非接触支持される。これにより、回転部材９をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１のラジアル軸受部Ｒ１と第２のラジアル軸受部Ｒ２とが形成される。
【００３３】
また、回転部材９が回転すると、軸受スリーブ８の上側端面８ｂに形成されたスラスト軸受面Ｂは、回転部材９を構成するディスクハブ３の下側端面３ａ１とスラスト軸受隙間を介して対向する。これに伴い、スラスト軸受面Ｂに形成した動圧溝８ｂ１によって、スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、その圧力によって回転部材９がスラスト方向に回転自在に非接触支持される。これにより、回転部材９をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが形成される。なお、スラスト軸受隙間の内径側は、ラジアル軸受隙間の上端と連通状態にある。
【００３４】
回転部材９の回転中、軸受スリーブ８の内周面８ａのうち、二つのラジアル軸受面Ａの間の領域とこれに対向する軸部材２の外周面２ａとの間の隙間が真円軸受として機能すると、この隙間で負圧が発生し易くなる。この問題は、図２に示すように、軸受面間領域と対向する軸部材２の外周面２ａに逃げ部２ｃを形成し、当該隙間の幅を真円軸受として機能し得ない程度に拡大させれば回避することができる。逃げ部２ｃを軸受スリーブ８の内周面８ａに形成しても同様の効果が得られる。なお、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向全長にわたって一つのラジアル軸受面Ａを形成する場合には、この種の逃げ部２ｃは不要となる。
【００３５】
本実施形態では、ハウジング７の内周面７ｂ１に、軸受スリーブ８の両端面を連通させる軸方向の油循環路としての軸方向溝１２が形成される。軸方向溝１２は、一または複数本形成することができる。
【００３６】
ハウジング７に軸受スリーブ８を圧入固定する場合、軸受スリーブ８の外周のうち、軸方向溝１２に対向する部分とこれ以外の部分との間における弾性変形量の差により、軸受スリーブの内周が循環溝の数（Ｎ個）に応じた数（Ｎ個）の円弧形状に僅かに変形するおそれがある。変形後の形状が三角形状になることで楕円状や四角形状よりも剛性面で有利であることから、循環溝１２は円周方向の三箇所（望ましくは円周方向に等配した三箇所）に形成するのがよい。なお、軸受スリーブをハウジングの内周に圧入せずに例えば接着固定する場合には、かかる観点から循環溝の数を制限する必要はない。また、この軸方向溝１２は、軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成してもよい。
【００３７】
また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１との間には径方向の油循環路が形成される。本実施形態では、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１は当接しておらず、両者間には底隙間１１が形成されており、当該底隙間１１が半径方向の油循環路を構成する。
【００３８】
以上の構成により、軸方向溝１２と底隙間１１とからなる油循環路１４が形成され、ラジアル軸受隙間の下端は、潤滑油で満たされた前記油循環路１４を介して、スラスト軸受隙間の外径側領域８ｆ（スラスト軸受隙間と軸方向空間Ｐの境界部）と連通状態となる。
【００３９】
上記構成の動圧軸受装置１では、軸方向空間Ｐが大気圧に保たれたシール空間Ｓと径方向につながっているので、スラスト軸受隙間の外径側領域８ｆにおける潤滑油の油圧は大気圧と略等しくなる。本実施形態では、スラスト軸受面Ｂに、スラスト動圧発生部としてスパイラル形状の動圧溝８ｂ１が形成されているので、回転部材９が回転すると、スラスト軸受面Ｂが有する内径側へのポンピング能力により、スラスト軸受隙間の内径側領域８ｅ（スラスト軸受隙間とラジアル軸受隙間の境界部）における潤滑油の油圧は大気圧より大きくなる。このようにして圧力を高められた潤滑油は、ラジアル軸受隙間から底隙間１１、さらに底隙間１１から軸方向溝１２を通じて大気圧に等しいスラスト軸受隙間の外径側領域８ｆへ向かって流動する。つまり、動圧軸受装置１の運転中には、潤滑油がスラスト軸受隙間→ラジアル軸受隙間→油循環路１４（底隙間１１→軸方向溝１２）→スラスト軸受隙間という経路を辿って定常的に循環する。これにより、軸受内部における潤滑油の油圧は、常時大気圧以上に保たれる。したがって、本発明によれば、軸受装置の内部空間における負圧の発生が防止され、これにより回転性能を高精度に管理することができる。
【００４０】
また、本発明の動圧軸受装置１では、スラスト動圧発生部（スラスト軸受部Ｔ）は、一箇所のみに形成されるので、従来のように二箇所にスラスト動圧発生部を形成する場合と比べて、加工コストを低減することができる。
【００４１】
また本発明の構成を有する動圧軸受装置１では、スラスト動圧発生部が有するポンピング能力により潤滑油が軸受装置内を循環するため、ラジアル動圧発生部に軸方向のポンピング能力は必要とされない。したがって、ラジアル動圧発生部はポンピング能力を有さない形状、例えば上記にて例示したステップ面で形成することができる。ステップ面は、ヘリングボーン形状の動圧溝を形成するよりも容易に形成することができるので、ラジアル動圧発生部を低コストに加工することができる。
【００４２】
なお、以上の説明では、ラジアル動圧発生部として、図３に示すようなステップ面を形成した場合について説明したが、例えば図５に示すようなステップ面を形成することもできる。図５に示すステップ面は、円周方向等間隔に設けられた軸方向溝１５に加え、各軸方向溝１５の円周方向一端で溝深さを深くした分離溝１６を形成したものである。例えば、図３に示すようなステップ面でラジアル動圧発生部を形成した場合には、各軸方向溝１５における円周方向の一部領域で局所的な負圧が発生する場合があるが、分離溝１６を形成することにより、かかる負圧の発生を防止することができる。なお、分離溝１６の深さは、負圧の発生を確実に防止する観点から言えば、軸方向溝１５の深さの１０倍程度に形成するのが望ましい。
【００４３】
以上、本発明の構成を有する動圧軸受装置１の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、例えば図６に示すような動圧軸受装置１においても好ましく用いることができる。なお、以下の説明では、図２に示す実施形態と同一機能を有する部材および要素には共通の参照番号を付して重複説明を省略する。
【００４４】
図６は、他の実施形態に係る動圧軸受装置１を示している。この実施形態に係る動圧軸受装置１では、軸受スリーブ８の下側端面８ｃがハウジング７の内底面７ｃ１に当接している。半径方向の循環経路を確保するため、軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、一または複数の径方向溝１３が形成されており、当該径方向溝１３と軸方向溝１２とで油循環路１４が形成される。この実施形態でも、スラスト動圧発生部が有するポンピング能力により、スラスト軸受隙間→ラジアル軸受隙間→径方向溝１３→軸方向溝１２→スラスト軸受隙間という経路を辿って潤滑油が定常的に循環し、軸受装置の内部空間での負圧の発生を防止することができる。この場合、図２に示す構成に比べると、半径方向の油循環路１４の断面積が小さくなるので、この部分での粘性抵抗による潤滑油の圧力降下量を増すことができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、軸受スリーブ８の内周面８ａに、円周方向等間隔に複数の軸方向溝１５を配したステップ面からなるラジアル動圧発生部を形成し流体動圧を発生させる場合を示したが、ラジアル動圧発生部としては、軸方向のポンピング機能を有さない他の形状、例えば複数の調和波形面からなる波状面や複数の円弧面からなる多円弧面を形成することもできる。
【００４６】
図７は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の調和波形面からなるラジアル動圧発生部を形成した場合を示すものである。軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入すると、軸受スリーブ８の内周面に形成された調和波形面１７と軸部材２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。このとき調和波形面１７で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間１８となる。そのため、軸部材２と軸受スリーブ８とが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間１８の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部材２と軸受スリーブ８とがラジアル方向に非接触支持される。なお、くさび状隙間１８の最小幅ｈは、偏心がない場合（軸心Ｏ）には次式によって近似的に表される。
【００４７】
ｈ＝ｃ＋ａｗ・ｃｏｓ（Ｎｗ・θ）
但し、上式において、ｃ、ａｗ、Ｎｗは定数で、ｃは平均軸受半径隙間、ａｗは波の振幅、θは円周方向の位相、Ｎｗは波数を表す（但し、Ｎｗ≧２とする。本実施形態ではＮｗ＝３である）。なお、図示例では、軸部材２と軸受スリーブ８の軸心Ｏを同心としているが、軸部材２を軸心Ｏ’に偏心させて使用することもできる。
【００４８】
図８は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の円弧面（多円弧面）からなるラジアル動圧発生部を形成した場合の一例を示している。この図示例では、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域に、３つの円弧面１９が形成されている（いわゆる３円弧軸受）。３つの円弧面１９の曲率中心は、それぞれ、軸受スリーブ８（軸部材２）の軸中心Ｏから等距離オフセットされている。３つの円弧面１９で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、上記図７に示す形態と同様、円周方向の両方向に対して、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間１８である。なお、３つの円弧面１９相互間の境界部に、分離溝を形成することもできる（図示省略）。
【００４９】
図９は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の円弧面（多円弧面）からなるラジアル動圧発生部を形成した場合の他の例を示している。この例においても、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域が、３つの円弧面１９で構成されているが（いわゆる３円弧軸受）、３つの円弧面１９で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間１８である。このような構成の軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、３つの円弧面１８相互間の境界部には、分離溝１６が形成されている。軸受スリーブ８と軸部材２とが所定方向に相対回転すると、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間１８の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受スリーブ８と軸部材２とがラジアル方向に非接触支持される。
【００５０】
図１０は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の円弧面（多円弧面）からなるラジアル動圧発生部を形成した場合の他の例を示している。この例では、図９に示す構成において、３つの円弧面１９の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、軸受スリーブ８（軸部材２）の軸中心Ｏを曲率中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定になる。このような構成の軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。
【００５１】
なお、図７〜図１０では、３調和波形面、あるいは３円弧面で形成されたラジアル動圧発生部としているが、これに限らず、２または４以上の調和波形面および円弧面でラジアル動圧発生部を形成することもできる。
【００５２】
また、以上の説明では、ラジアル軸受部を、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のように軸方向２つに離隔して設けた構成を例示しているが、軸方向に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】動圧軸受装置を組み込んだスピンドルモータを概念的に示す断面図である 。
【図２】本発明の構成を有する動圧軸受装置の断面図である。
【図３】ラジアル動圧発生部をステップ面で形成した形態を示す断面図である。
【図４】軸受スリーブの上側端面を示す図である。
【図５】ラジアル動圧発生部をステップ面で形成した他の形態を示す断面図である。
【図６】動圧軸受装置の他の形態を示す断面図である。
【図７】ラジアル動圧発生部を波状面で形成した形態を示す断面図である。
【図８】ラジアル動圧発生部を多円弧面で形成した形態を示す断面図である。
【図９】ラジアル動圧発生部を多円弧面で形成した他の形態を示す断面図である。
【図１０】ラジアル動圧発生部を多円弧面で形成した他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ 回転部材
１２ 軸方向溝
１３ 半径方向溝
１４ 油循環路
１５ 軸方向溝
１６ 分離溝
１７ 調和波形面
１８ くさび状隙間
１９ 円弧面
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ スラスト軸受面
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部
Ｐ 軸方向空間
Ｓ シール空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に関するものである。動圧軸受装置は、情報機器、例えば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のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用の軸受装置として好適である。
【背景技術】
【０００２】
上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定付ける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する動圧軸受装置の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。
【０００３】
例えば、ＨＤＤ等のスピンドルモータに用いられる動圧軸受装置では、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間を充満する潤滑流体（例えば、潤滑油）に生じる動圧作用で、軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、スラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とが設けられる。
【０００４】
この種の動圧軸受装置には、潤滑油の漏れを防止するためのシール空間が設けられている。ところが、軸部材の回転中には、動圧溝による動圧作用で軸部材をスラスト方向で非接触支持するスラスト軸受部の流体圧力と、シール空間での流体圧力との間に差を生じ、これが軸受性能に悪影響を与える場合がある。スラスト軸受部の流体圧力が、大気圧にほぼ等しいシール空間の流体圧力に比べて極端に高くなったり、逆に負圧になったりしないように、軸受スリーブの外周面あるいはハウジングの内周面に潤滑油が流れる溝（循環溝）を設けたものが知られている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００３−３２２１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油に流体動圧を発生させる動圧発生部（ラジアル動圧発生部）として、例えばヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝が軸受スリーブの内周面に形成されている。また、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油に流体動圧を発生させる動圧発生部（スラスト動圧発生部）として、例えばスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が軸受スリーブの端面および蓋部材の端面に形成されている。
【０００６】
ところで、ラジアル動圧発生部に形成されたヘリングボーン形状の動圧溝は、軸方向に潤滑油を流動させるためのポンピング機能を有している。特許文献１に示す形態の動圧軸受装置では、この動圧溝によるポンピング機能によってスラスト軸受部に押し込まれた潤滑油を、上記循環溝を通じてシール空間へ向けて循環させ、軸受装置内部の流体圧力が調整されている。しかしながら、この種の動圧溝は、複雑な形状であるため加工コストが高騰する。
【０００７】
また、特許文献１に示す動圧軸受装置では、二箇所に形成されたスラスト軸受部で軸部材がスラスト方向に非接触支持されるが、スラスト動圧発生部を二箇所に形成する必要があるため、これによっても加工コストが高騰する。また、この種の動圧軸受装置では、油漏れを防止するためのシール空間が必要となるが、特許文献１に示す軸受装置では、このシール空間がスラスト軸受隙間と軸方向に並べて配置されているため、この点が軸受装置の軸方向寸法を増大させる要因となる。
【０００８】
近年、動圧軸受装置が組込まれる情報機器においては、急速な高性能化が図られている一方で急速に低価格化、コンパクト化も進行しており、動圧軸受装置に対するこの種の要求は益々厳しさを増しているが、上記構造の動圧軸受装置ではこの種の要求に応えるのが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の問題点を解決するため、本発明で提供する動圧軸受装置は、ラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に面し、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、スラスト軸受隙間と、スラスト軸受隙間に面し、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えるものであって、スラスト軸受隙間の外径側を、外気に開放した油面を有するシール空間につなげると共に、油循環路を介してラジアル軸受隙間の一端とつなげ、スラスト軸受隙間の内径側をラジアル軸受隙間の他端とつなげ、スラスト動圧発生部を、スラスト軸受隙間の外径側から内径側へ潤滑油が流動する形状に形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油がスラスト動圧発生部のポンピング作用により内径側に押し込まれる。内径側に押し込まれた潤滑油は、スラスト軸受隙間から、その内径側につながったラジアル軸受隙間、さらにはラジアル軸受隙間につながった油循環路を経てスラスト軸受隙間の外径側に戻る。そのため、軸受装置の内部空間に満たされた潤滑油は、スラスト軸受隙間→ラジアル軸受隙間→油循環路→スラスト軸受隙間からなる経路を辿って定常的に循環する。この時、シール空間につながったスラスト軸受隙間の外径側では潤滑油の圧力が大気圧に略等しくなるが、スラスト軸受隙間の内径側では、スラスト動圧発生部の外径側から内径側へのポンピング作用により、潤滑油の圧力が大気圧よりも高まる。スラスト軸受隙間の下流側では、粘性抵抗によって潤滑油の圧力が徐々に低下するが、スラスト軸受隙間に戻るまで潤滑油の流路が密閉状態にあるから、圧力はなお大気圧よりも高い状態を維持する。これにより、軸受装置内の各部における負圧の発生が防止されるので、負圧発生を原因とする気泡の生成や振動の発生を抑え、さらには動圧軸受装置の回転性能を高精度に管理することができる。
【００１１】
この場合、油循環路の断面積を潤滑油の流れ方向で変動させれば、粘性抵抗による圧力降下量を適宜調整することが可能となり、負圧発生をより確実に防止することが可能となる。
【００１２】
スラスト動圧発生部の形状は、外径側から内径側に潤滑油を流動させる機能（ポンプイン機能）を有するものであれば特に問わず、代表例としてスパイラル型に配列した動圧溝を挙げることができる。この他、例えばへリングボーン形状の動圧溝のようにポンプイン機能とポンプアウト機能とを併有するものであっても、ポンプアウト機能による外径側への流れよりもポンプイン機能による内径側への流れが支配的となるのであれば、スラスト軸受隙間の全体では外径側から内径側へ潤滑油が流動するので、この種の動圧発生部を採用することも可能となる。
【００１３】
また、本発明の構成では、スラスト動圧発生部は一箇所のみに形成されるので、軸方向二箇所にスラスト動圧発生部を形成する場合に比べ、その加工コストを低減することができる。さらにシール空間をスラスト軸受隙間の外径側に配置することができるので、両者を軸方向に並べて配置する場合に比べて、軸受装置の軸方向寸法をコンパクト化することができる。
【００１４】
本発明の構成によれば、上述したようにスラスト動圧発生部が有するポンピング能力で軸受装置内部を充満する潤滑油を循環させることができる。したがって、ラジアル動圧発生部は、ラジアル軸受部で軸方向に潤滑油を流動させない形状に形成することができる。
【００１５】
これに該当するラジアル動圧発生部としては、例えば円周方向に、複数の軸方向溝を配したステップ面、複数の円弧面を有する多円弧面、もしくは調和波形面を有する波状面等を挙げることができる。例示したこれらの形状は、軸方向で同一の断面形状をなすので、従来用いられていた傾斜状の動圧溝（例えばヘリングボーン形状に配列した動圧溝）と比べて低コストに加工することができる。なお、これらのラジアル動圧発生部は、軸部材の外周面または軸受スリーブの内周面のうち、少なくとも何れか一方に形成される。
【００１６】
以上の構成を有する動圧軸受装置は、動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で電磁力を生じるステータコイルとを有するモータ、例えば情報機器用のスピンドルモータ等に好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、高い軸受性能を備え、かつ低コストでコンパクトな動圧軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。この情報機器用スピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３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４およびロータマグネット５と、動圧軸受装置１を固定するブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられている。ブラケット６の内周に動圧軸受装置１のハウジング７が装着されている。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する電磁力でロータマグネット５が回転し、それに伴ってディスクハブ３および軸部材２が一部材（回転部材）となって一体回転する。
【００２０】
ディスクハブ３は、円盤部３ａと、円盤部３ａの外周に設けられた円筒状の第二円筒部３ｃと、第二円筒部３ｃよりも内径側に位置し同じく円筒状の第一円筒部３ｂとからなる。第二円筒部３ｃの内径側には、ステータコイル４と対向するロータマグネット５の取付け部３ｄが設けられ、当該取付け部３ｄにロータマグネット５が、例えば接着固定されている。
【００２１】
図２は、本発明の構成を有する動圧軸受装置１の拡大断面図である。この動圧軸受装置１は、有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周に固定された軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８の内周に挿入された軸部材２とを主要な構成部材として含む。なお、以下では、説明の便宜上、ハウジング７の開口側を上側、これと軸方向反対側を下側として説明を行う。
【００２２】
軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で軸状に形成される。本実施形態において、軸部材２の外周面２ａは、凹凸のない平滑な円筒面状に、また下側端面２ｂも凹凸のない平滑な平坦面状に形成されている。
【００２３】
軸部材２には、適宜の手段で上述のディスクハブ３が固定され、互いに固定された軸部材２とディスクハブ３とで回転部材９が形成される。このとき、軸部材２をインサート部品としてディスクハブ３を射出成形（インサート成形）すれば、ディスクハブ３の成形および軸部材２へのディスクハブ３の取付けを同時に行うことができ、軸部材２とディスクハブ３とを高精度かつ低コストに一体化することができる。射出成形の材料としては、樹脂材料、金属材料、あるいはセラミック等を使用することができる。なお、ディスクハブ３を軸部材２とは別体に形成した後、軸部材２に圧入や圧入接着等することにより回転部材９を構成してもよい。
【００２４】
ハウジング７は、金属材料あるいは樹脂材料で有底筒状に形成される。図示例のハウジング７は、側部７ｂと、側部７ｂの下端開口を封口する底部７ｃとからなり、側部７ｂと底部７ｃとは一体に形成されている。
【００２５】
ハウジング７を構成する側部７ｂの上側端面７ｄは、ディスクハブ３を構成する第一円筒部３ｂよりも内径側の円盤部３ａの下側端面３ａ１と軸方向に対向し、この下側端面３ａ１との間に円環状の軸方向空間Ｐを形成する。この軸方向空間Ｐは、後述するスラスト軸受隙間の軸方向幅よりも大きくすることができる。また、側部７ｂの外周上端に設けられたテーパ面７ｅはディスクハブ３の第一円筒部３ｂの内周面３ｂ１と半径方向に対向し、この内周面３ｂ１との間に上方ほど半径方向寸法を漸次縮小させたテーパ状のシール空間Ｓを形成する。シール空間Ｓでは軸受装置の内部に注油された潤滑油が毛細管力によって保持される。シール空間Ｓには、軸受装置の運転中および停止中を問わず、外気に開放した油面が常時存在する。シール空間Ｓは軸方向空間Ｐの外径部につながっている。
【００２６】
ディスクハブ３の第一円筒部３ｂの下端内周には、軸部材２（回転部材９）の軸方向上方への相対変位時、ハウジング７と軸方向で係合して回転部材９の抜け止めを図る抜け止め部材１０が取り付けられている。
【００２７】
ハウジング７の内周には軸受スリーブ８が、例えば圧入、接着等適宜の手段により固定される。この軸受スリーブ８は、焼結金属からなる多孔質体、例えば銅を主成分とする焼結金属に潤滑油を含浸させた含油焼結金属の多孔質体を用いて後述する方法で円筒状に形成される。この他、中実の金属材料、例えば黄銅等の軟質金属材料で軸受スリーブ８を形成することもできる。
【００２８】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面Ａが形成される。このラジアル軸受面Ａは軸方向に離隔した二箇所に形成され、両ラジアル軸受面Ａには、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるラジアル動圧発生部として、例えば、図３に示すような複数の軸方向溝１５を配したステップ面が形成される。軸方向溝１５は、加工の容易性と等方剛性のバランスを考慮すると、図示例のように、円周方向等間隔に３箇所形成するのが望ましいが、３箇所に限らず２箇所、または４箇所以上形成することもできる。なお、ラジアル動圧発生部は、軸部材２の外周面２ａに形成することもできる。また、図示例では理解の容易化のために軸方向溝１５の深さを誇張して描いているが、実際には数μｍ程度である。
【００２９】
また、軸受スリーブ８の上側端面８ｂの全体または一部環状領域には、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面Ｂが形成される。このスラスト軸受面Ｂには、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させるスラスト動圧発生部として、例えばスパイラル形状に配した複数の動圧溝８ｂ１がポンプイン機能を奏するように形成される。なお、スラスト動圧発生部は、ディスクハブ３の下側端面３ａ１に形成することもできる。
【００３０】
上記軸受スリーブ８は、例えば、サイジング→回転サイジング→ラジアル軸受面（ラジアル動圧発生部）成形加工を経て形成される。サイジング工程では、焼結金属素材の外周面を円筒状のダイに圧入すると共に、内周面にサイジングピン（断面真円形状）を圧入することで焼結金属素材の外周面と内周面のサイジングが行われる。回転サイジング工程では、断面略多角形のサイジングピン（断面真円形状のピンの外周面を部分的に平坦加工して、円周等配位置に円弧部分を残したもの）を焼結金属素材の内周面に圧入し、これを回転させることで内周面のサイジングが行われる。軸受面成形工程では、上記のようなサイジング加工を施した焼結金属素材の内周面に、軸受スリーブ８の内周面形状に対応した形状の成形型（コアロッド）を挿入し、外部からダイや上下パンチ等で加圧することによって、ラジアル軸受面Ａの軸方向溝１５とそれ以外の領域とが同時成形される。
【００３１】
加圧後、ダイおよび上下パンチが開放されると、焼結金属素材にスプリングバックが生じ、コアロッドと焼結金属素材間に微小隙間が形成される。このとき、本実施形態にかかるラジアル軸受面Ａの軸方向溝１５は、コアロッドと軸方向の係合関係を有さないので、溝形状の崩れ等を心配することなく、容易にコアロッドを軸方向に抜き取ることが可能となる。また、この際別途コアロッドや焼結金属素材（軸受スリーブ８）を加熱する必要もない。本実施形態では、焼結金属素材を加圧する上パンチの端面に、スラスト軸受面Ｂの形状に対応した型を形成しておくことで、加圧と同時にスラスト軸受面Ｂが形成される。なお、本実施形態において、特にラジアル軸受面Ａは簡易な形状（ステップ面）で形成されているので、切削や転造等の機械加工で形成することも容易に可能である。
【００３２】
上記構成の動圧軸受装置１において、軸受スリーブ８の内周面８ａに離隔形成されたラジアル軸受面Ａは、それぞれ軸部材２の外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。軸受スリーブ８と軸部材２とが相対回転すると（本実施形態では軸部材２が回転する）、ラジアル軸受面Ａに形成された複数のステップ面の作用によって各ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、その圧力によって回転部材９がラジアル方向に回転自在に非接触支持される。これにより、回転部材９をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１のラジアル軸受部Ｒ１と第２のラジアル軸受部Ｒ２とが形成される。
【００３３】
また、回転部材９が回転すると、軸受スリーブ８の上側端面８ｂに形成されたスラスト軸受面Ｂは、回転部材９を構成するディスクハブ３の下側端面３ａ１とスラスト軸受隙間を介して対向する。これに伴い、スラスト軸受面Ｂに形成した動圧溝８ｂ１によって、スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、その圧力によって回転部材９がスラスト方向に回転自在に非接触支持される。これにより、回転部材９をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが形成される。なお、スラスト軸受隙間の内径側は、ラジアル軸受隙間の上端と連通状態にある。
【００３４】
回転部材９の回転中、軸受スリーブ８の内周面８ａのうち、二つのラジアル軸受面Ａの間の領域とこれに対向する軸部材２の外周面２ａとの間の隙間が真円軸受として機能すると、この隙間で負圧が発生し易くなる。この問題は、図２に示すように、軸受面間領域と対向する軸部材２の外周面２ａに逃げ部２ｃを形成し、当該隙間の幅を真円軸受として機能し得ない程度に拡大させれば回避することができる。逃げ部２ｃを軸受スリーブ８の内周面８ａに形成しても同様の効果が得られる。なお、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向全長にわたって一つのラジアル軸受面Ａを形成する場合には、この種の逃げ部２ｃは不要となる。
【００３５】
本実施形態では、ハウジング７の内周面７ｂ１に、軸受スリーブ８の両端面を連通させる軸方向の油循環路としての軸方向溝１２が形成される。軸方向溝１２は、一または複数本形成することができる。
【００３６】
ハウジング７に軸受スリーブ８を圧入固定する場合、軸受スリーブ８の外周のうち、軸方向溝１２に対向する部分とこれ以外の部分との間における弾性変形量の差により、軸受スリーブの内周が循環溝の数（Ｎ個）に応じた数（Ｎ個）の円弧形状に僅かに変形するおそれがある。変形後の形状が三角形状になることで楕円状や四角形状よりも剛性面で有利であることから、循環溝１２は円周方向の三箇所（望ましくは円周方向に等配した三箇所）に形成するのがよい。なお、軸受スリーブをハウジングの内周に圧入せずに例えば接着固定する場合には、かかる観点から循環溝の数を制限する必要はない。また、この軸方向溝１２は、軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成してもよい。
【００３７】
また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１との間には径方向の油循環路が形成される。本実施形態では、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１は当接しておらず、両者間には底隙間１１が形成されており、当該底隙間１１が半径方向の油循環路を構成する。
【００３８】
以上の構成により、軸方向溝１２と底隙間１１とからなる油循環路１４が形成され、ラジアル軸受隙間の下端は、潤滑油で満たされた前記油循環路１４を介して、スラスト軸受隙間の外径側領域８ｆ（スラスト軸受隙間と軸方向空間Ｐの境界部）と連通状態となる。
【００３９】
上記構成の動圧軸受装置１では、軸方向空間Ｐが大気圧に保たれたシール空間Ｓと径方向につながっているので、スラスト軸受隙間の外径側領域８ｆにおける潤滑油の油圧は大気圧と略等しくなる。本実施形態では、スラスト軸受面Ｂに、スラスト動圧発生部としてスパイラル形状の動圧溝８ｂ１が形成されているので、回転部材９が回転すると、スラスト軸受面Ｂが有する内径側へのポンピング能力により、スラスト軸受隙間の内径側領域８ｅ（スラスト軸受隙間とラジアル軸受隙間の境界部）における潤滑油の油圧は大気圧より大きくなる。このようにして圧力を高められた潤滑油は、ラジアル軸受隙間から底隙間１１、さらに底隙間１１から軸方向溝１２を通じて大気圧に等しいスラスト軸受隙間の外径側領域８ｆへ向かって流動する。つまり、動圧軸受装置１の運転中には、潤滑油がスラスト軸受隙間→ラジアル軸受隙間→油循環路１４（底隙間１１→軸方向溝１２）→スラスト軸受隙間という経路を辿って定常的に循環する。これにより、軸受内部における潤滑油の油圧は、常時大気圧以上に保たれる。したがって、本発明によれば、軸受装置の内部空間における負圧の発生が防止され、これにより回転性能を高精度に管理することができる。
【００４０】
また、本発明の動圧軸受装置１では、スラスト動圧発生部（スラスト軸受部Ｔ）は、一箇所のみに形成されるので、従来のように二箇所にスラスト動圧発生部を形成する場合と比べて、加工コストを低減することができる。
【００４１】
また本発明の構成を有する動圧軸受装置１では、スラスト動圧発生部が有するポンピング能力により潤滑油が軸受装置内を循環するため、ラジアル動圧発生部に軸方向のポンピング能力は必要とされない。したがって、ラジアル動圧発生部はポンピング能力を有さない形状、例えば上記にて例示したステップ面で形成することができる。ステップ面は、ヘリングボーン形状の動圧溝を形成するよりも容易に形成することができるので、ラジアル動圧発生部を低コストに加工することができる。
【００４２】
なお、以上の説明では、ラジアル動圧発生部として、図３に示すようなステップ面を形成した場合について説明したが、例えば図５に示すようなステップ面を形成することもできる。図５に示すステップ面は、円周方向等間隔に設けられた軸方向溝１５に加え、各軸方向溝１５の円周方向一端で溝深さを深くした分離溝１６を形成したものである。例えば、図３に示すようなステップ面でラジアル動圧発生部を形成した場合には、各軸方向溝１５における円周方向の一部領域で局所的な負圧が発生する場合があるが、分離溝１６を形成することにより、かかる負圧の発生を防止することができる。なお、分離溝１６の深さは、負圧の発生を確実に防止する観点から言えば、軸方向溝１５の深さの１０倍程度に形成するのが望ましい。
【００４３】
以上、本発明の構成を有する動圧軸受装置１の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、例えば図６に示すような動圧軸受装置１においても好ましく用いることができる。なお、以下の説明では、図２に示す実施形態と同一機能を有する部材および要素には共通の参照番号を付して重複説明を省略する。
【００４４】
図６は、他の実施形態に係る動圧軸受装置１を示している。この実施形態に係る動圧軸受装置１では、軸受スリーブ８の下側端面８ｃがハウジング７の内底面７ｃ１に当接している。半径方向の循環経路を確保するため、軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、一または複数の径方向溝１３が形成されており、当該径方向溝１３と軸方向溝１２とで油循環路１４が形成される。この実施形態でも、スラスト動圧発生部が有するポンピング能力により、スラスト軸受隙間→ラジアル軸受隙間→径方向溝１３→軸方向溝１２→スラスト軸受隙間という経路を辿って潤滑油が定常的に循環し、軸受装置の内部空間での負圧の発生を防止することができる。この場合、図２に示す構成に比べると、半径方向の油循環路１４の断面積が小さくなるので、この部分での粘性抵抗による潤滑油の圧力降下量を増すことができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、軸受スリーブ８の内周面８ａに、円周方向等間隔に複数の軸方向溝１５を配したステップ面からなるラジアル動圧発生部を形成し流体動圧を発生させる場合を示したが、ラジアル動圧発生部としては、軸方向のポンピング機能を有さない他の形状、例えば複数の調和波形面からなる波状面や複数の円弧面からなる多円弧面を形成することもできる。
【００４６】
図７は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の調和波形面からなるラジアル動圧発生部を形成した場合を示すものである。軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入すると、軸受スリーブ８の内周面に形成された調和波形面１７と軸部材２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。このとき調和波形面１７で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間１８となる。そのため、軸部材２と軸受スリーブ８とが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間１８の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部材２と軸受スリーブ８とがラジアル方向に非接触支持される。なお、くさび状隙間１８の最小幅ｈは、偏心がない場合（軸心Ｏ）には次式によって近似的に表される。
【００４７】
ｈ＝ｃ＋ａｗ・ｃｏｓ（Ｎｗ・θ）
但し、上式において、ｃ、ａｗ、Ｎｗは定数で、ｃは平均軸受半径隙間、ａｗは波の振幅、θは円周方向の位相、Ｎｗは波数を表す（但し、Ｎｗ≧２とする。本実施形態ではＮｗ＝３である）。なお、図示例では、軸部材２と軸受スリーブ８の軸心Ｏを同心としているが、軸部材２を軸心Ｏ’に偏心させて使用することもできる。
【００４８】
図８は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の円弧面（多円弧面）からなるラジアル動圧発生部を形成した場合の一例を示している。この図示例では、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域に、３つの円弧面１９が形成されている（いわゆる３円弧軸受）。３つの円弧面１９の曲率中心は、それぞれ、軸受スリーブ８（軸部材２）の軸中心Ｏから等距離オフセットされている。３つの円弧面１９で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、上記図７に示す形態と同様、円周方向の両方向に対して、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間１８である。なお、３つの円弧面１９相互間の境界部に、分離溝を形成することもできる（図示省略）。
【００４９】
図９は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の円弧面（多円弧面）からなるラジアル動圧発生部を形成した場合の他の例を示している。この例においても、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域が、３つの円弧面１９で構成されているが（いわゆる３円弧軸受）、３つの円弧面１９で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間１８である。このような構成の軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、３つの円弧面１８相互間の境界部には、分離溝１６が形成されている。軸受スリーブ８と軸部材２とが所定方向に相対回転すると、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間１８の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受スリーブ８と軸部材２とがラジアル方向に非接触支持される。
【００５０】
図１０は、軸受スリーブ８の内周面８ａに、複数の円弧面（多円弧面）からなるラジアル動圧発生部を形成した場合の他の例を示している。この例では、図９に示す構成において、３つの円弧面１９の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、軸受スリーブ８（軸部材２）の軸中心Ｏを曲率中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定になる。このような構成の軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。
【００５１】
なお、図７〜図１０では、３調和波形面、あるいは３円弧面で形成されたラジアル動圧発生部としているが、これに限らず、２または４以上の調和波形面および円弧面でラジアル動圧発生部を形成することもできる。
【００５２】
また、以上の説明では、ラジアル軸受部を、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のように軸方向２つに離隔して設けた構成を例示しているが、軸方向に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】動圧軸受装置を組み込んだスピンドルモータを概念的に示す断面図である 。
【図２】本発明の構成を有する動圧軸受装置の断面図である。
【図３】ラジアル動圧発生部をステップ面で形成した形態を示す断面図である。
【図４】軸受スリーブの上側端面を示す図である。
【図５】ラジアル動圧発生部をステップ面で形成した他の形態を示す断面図である。
【図６】動圧軸受装置の他の形態を示す断面図である。
【図７】ラジアル動圧発生部を波状面で形成した形態を示す断面図である。
【図８】ラジアル動圧発生部を多円弧面で形成した形態を示す断面図である。
【図９】ラジアル動圧発生部を多円弧面で形成した他の形態を示す断面図である。
【図１０】ラジアル動圧発生部を多円弧面で形成した他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ 回転部材
１２ 軸方向溝
１３ 半径方向溝
１４ 油循環路
１５ 軸方向溝
１６ 分離溝
１７ 調和波形面
１８ くさび状隙間
１９ 円弧面
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ スラスト軸受面
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部
Ｐ 軸方向空間
Ｓ シール空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に面し、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、スラスト軸受隙間と、スラスト軸受隙間に面し、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備える動圧軸受装置において、
スラスト軸受隙間の外径側を、外気に開放した油面を有するシール空間につなげると共に、油循環路を介してラジアル軸受隙間の一端とつなげ、スラスト軸受隙間の内径側をラジアル軸受隙間の他端につなげ、スラスト動圧発生部を、スラスト軸受隙間の外径側から内径側へ潤滑油が流動する形状に形成したことを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
ラジアル動圧発生部を、ラジアル軸受隙間で軸方向に潤滑油を流動させない形状に形成した請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
ラジアル動圧発生部が、円周方向に複数の軸方向溝を配したステップ面、複数の円弧面を有する多円弧面、もしくは複数の調和波形面を有する波状面の何れかに形成された請求項２記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で電磁力を生じるステータコイルとを有することを特徴とするモータ。
【請求項１】
ラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に面し、ラジアル軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、スラスト軸受隙間と、スラスト軸受隙間に面し、スラスト軸受隙間を満たす潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備える動圧軸受装置において、
スラスト軸受隙間の外径側を、外気に開放した油面を有するシール空間につなげると共に、油循環路を介してラジアル軸受隙間の一端とつなげ、スラスト軸受隙間の内径側をラジアル軸受隙間の他端につなげ、スラスト動圧発生部を、スラスト軸受隙間の外径側から内径側へ潤滑油が流動する形状に形成したことを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
ラジアル動圧発生部を、ラジアル軸受隙間で軸方向に潤滑油を流動させない形状に形成した請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
ラジアル動圧発生部が、円周方向に複数の軸方向溝を配したステップ面、複数の円弧面を有する多円弧面、もしくは複数の調和波形面を有する波状面の何れかに形成された請求項２記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で電磁力を生じるステータコイルとを有することを特徴とするモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−３２９３９１（Ｐ２００６−３２９３９１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５７２５５（Ｐ２００５−１５７２５５）
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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