流体動圧軸受装置
【課題】小さい構造寸法において気密性に関して高い信頼性を有し、吸収可能な支持力及び剛性を有する流体動圧軸受を提供する。
【解決手段】少なくとも一つの固定部材と一つの回転部材とを備え、これらの部材は、相対向する軸受面の間に、軸受流体が充填される軸受間隙を形成し、この軸受間隙は、少なくとも一方の末端において開口し且つ密封手段により周囲に対して密封されており、空間的に分離された少なくとも二つの軸受面に、流体動圧を発生させるための圧送構造体が設けられており、軸受間隙と連通した少なくとも一つの軸受流体貯蔵収容部が設けられている。本発明は、密封手段が、圧送構造体により構成されており、圧送構造体は、軸受間隙の開口末端において軸受部材の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部に向いた圧送作用を軸受流体に対して発生させて軸受間隙の開口末端の動的密封を引き起こすように構成されている。
【解決手段】少なくとも一つの固定部材と一つの回転部材とを備え、これらの部材は、相対向する軸受面の間に、軸受流体が充填される軸受間隙を形成し、この軸受間隙は、少なくとも一方の末端において開口し且つ密封手段により周囲に対して密封されており、空間的に分離された少なくとも二つの軸受面に、流体動圧を発生させるための圧送構造体が設けられており、軸受間隙と連通した少なくとも一つの軸受流体貯蔵収容部が設けられている。本発明は、密封手段が、圧送構造体により構成されており、圧送構造体は、軸受間隙の開口末端において軸受部材の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部に向いた圧送作用を軸受流体に対して発生させて軸受間隙の開口末端の動的密封を引き起こすように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受装置に係り、特に、例えばハードディスク駆動装置内において利用されるスピンドルモータ用の構造寸法の小さい流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク駆動装置の小型化の進展によって新たな設計問題が、特に小型駆動モータ及び軸受装置の設計時に生ずる。従来は、転がり軸受が使用されたが、現在では、流体動圧軸受装置が、その構造様式が一層小さく且つ精度が一層高いので、益々普及しつつある。それにも拘わらず、ハードディスク流体動圧軸受及びその製造方法に関する従来の設計解決は応用可能ではなく、又は、困難を伴ってのみ応用可能である。軸受装置が小さくなればなるほど、従来の構造様式では、その支持力及び剛性が一層小さくなる。
【０００３】
流体軸受における他の問題は、密封である。特に、軸受の小型化は、相応に適合された密封配置を必要とする。流体貯蔵部から本来の軸受領域へと支障のない到達を軸受流体に可能としなければならない。他方、流体が軸受から漏出することのないように確保しなければならない。これは、高圧が発生する点を考慮すると、特に、複数の密封個所を有する軸受では問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の課題は、小さい構造寸法において気密性に関して高い信頼性を有し、吸収可能な支持力及び剛性を有する流体動圧軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。
【０００６】
本発明の好ましい諸構成及びその他の有利な特徴は、従属請求項に明示されている。
【０００７】
技術の現状から出発して、この流体動圧軸受装置は、少なくとも一つの固定部材と一つの回転部材とを備え、これらの部材が、相対向する軸受面の間に、軸受流体が充填される軸受間隙を形成し、この軸受間隙が少なくとも一方の末端において開口し、且つ、密封手段により周囲に対して密封されており、軸受面の少なくとも一つに、流体動圧を発生するための圧送構造体が設けられており、軸受間隙と接続された少なくとも一つの軸受流体貯蔵収容部が設けられている。本発明によれば、密封手段は、圧送構造体により構成されており、圧送構造体は、軸受間隙の開口末端において軸受部材の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部を向いた圧送作用を軸受流体に対して発生して軸受間隙の開口末端の動的密封を形成するように構成されている。
【０００８】
片側を閉鎖された軸受装置の代わりに、本発明の好ましい一構成において軸受間隙は、二つの開口末端を有し、両方の末端が密封手段により密封されている。その際、密封手段は、各開口末端において軸受装置の既存の圧送構造体により、及び／又は、軸受装置の圧送構造体とは独立した圧送構造体により構成しておくことができ、この独立した圧送構造体は、軸受装置の内部方向に独自の圧送作用を発生する。
【０００９】
その際、貯蔵収容部は、主に圧送構造体と連関して、付加的密封手段を構成し、二つの開口末端を有する軸受間隙の場合、主にこれらの開口末端のそれぞれが貯蔵収容部に通じている。
【００１０】
本発明の好ましい一構成において、特に軸受間隙が二つの開口末端を有する場合、相互に分離された二つの貯蔵収容部内に貯蔵流体がある。二つの流体動圧圧送構造体の正反対の圧送作用により、一方の貯蔵収容部から他方の貯蔵収容部へと軸受流体が圧送され、均衡が生ずることになる。その際、貯蔵収容部の形状は重要ではない。外部に対して十分な静的気密性が存在しなければならないだけである。この配置は、大きな圧力変化も補償することができ、なおかつ、貯蔵流体を用意することができる。
【００１１】
本発明に係る動的密封配置は、あらゆる種類の流体動圧軸受装置、特に、純ラジアル軸受配置、純スラスト軸受配置又は円錐状若しくは球状軸受又はそれらの組合せ体に対して利用可能である。
【００１２】
本発明の好ましい一構成において軸受装置は、円板状部分、及び、回転軸線に関して同軸のこれに連続する円筒形部分からなる第１部材と、円板状部分から離隔して第１部材の円筒形部分に固着されて両方の部材の間に環状自由空間を形成する第２環状部材と、第１、第２部材に対して相対的に回転軸線の周囲を回転可能に環状自由空間内に収容される第３環状部材と、を備えている。第１、第２、第３部材の相対向する軸受面との間に形成される軸受間隙内に、軸受流体が送り込まれている。軸受流体内部に流体動圧を発生するための圧送構造体は、第１、第２、第３部材の選択された相対向する軸受面上に構造体として構成されている。
【００１３】
このような軸受装置の好ましい実施の一形態において、第１、第３部材の相対向する軸受面により形成される第１スラスト軸受と、第２、第３部材の相対向する軸受面により形成される第２スラスト軸受と、第１、第３部材の相対向する軸受面により形成される少なくとも一つのラジアル軸受と、が設けられている。
【００１４】
部材諸機能の統合により上記軸受はわずかな数の部材からなる。これらの部材は、従来の製造方法により製造可能である。軸線方向距離の大きいラジアル軸受によってではなく、スラスト軸受によって所要の倒立剛性（Kippsteifigkeit）が達成されるので、所要の構造高さを小さくして実施することができる。これにより軸線方向剛性は、大きい。尚、不可欠な半径方向剛性は、少なくとも一つの比較的「小さい」ラジアル軸受により達成することができる。この構造形状により、作用する諸力に対して有利な位置にラジアル軸受を配置することが可能である。
【００１５】
本発明の他の利点は、軸受を両側で（上と下で）、即ち、第１、第２軸受部材に固定する可能性にある。その際、主に第３部材は、軸受の回転部品を構成する。軸受の動作円滑性に対する要求が厳しい用途には、例えばハードディスクモータ内では、このような両側固定が好ましい。しかし、この原理は、片側で固定される軸受にも応用可能である。
【００１６】
軸受間隙は、両方のスラスト軸受の領域において、第３部材に設けられる一つ又は複数の再循環通路により相互に接続しておくことができる。これは、軸受内での軸受流体の循環を促進し、軸受内での圧力補償向上に基づいて、動的密封の作用を援助する。
【００１７】
軸受装置は、主に、例えばハードディスク駆動装置内において使用されるスピンドルモータの構成要素であり、第３部材は、スピンドルモータのロータの少なくとも一部を構成する。この応用において、軸受装置は、両側で、即ち、第１及び／又は第２部材に固定可能であると有利である。
【００１８】
好ましいことにラジアル軸受は、ラジアル軸受の中心を向いた圧送作用を発生する圧送構造体を有する。これに対して、スラスト軸受は、回転軸線方向において半径方向内向きの圧送作用を主として発生する圧送構造体を有する。その際、両方のスラスト軸受の圧送作用は、ラジアル軸受の方向において正反対に、即ち、軸受装置内部の方を向いている。
【００１９】
貯蔵収容部の配置については、貯蔵収容部が、第１部材の円板状部分の外径部に配置されていると好ましい。別の貯蔵収容部は、それが存在する限り、第２部材の外径部に対応して配置しておくことができる。第１スラスト軸受の平面における半径方向外側において貯蔵収容部を第１部材に配置しておくこともできる。その場合、第２貯蔵収容部は、第２スラスト軸受の平面における半径方向外側において第２部材に配置しておくことができる。貯蔵収容部は、主に、当該部材の各一つの環状又は円錐状切欠き部により構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る軸受の基本構造を示す。この軸受は、特に、その単純な構造様式において際立っている。図１に示す態様では、軸受は、単に三つの部材からなる。第１部材１は、円板状部分２と、回転軸線１７に関して同軸のこれに連続する円筒形部分３とを有する。部材をハウジング等に固着するための少なくとも一つのねじ穴４が回転軸線１７と同軸に第１部材１に設けられている。円板状部分２から離隔して第２環状部材５が第１部材１の円筒形部分３に固着され、両方の部材１、５の間に環状自由空間が形成されている。部材１の円板状部分２と部材５とは、特に、同一の外径を有する。実質的に環状の第３部材６が自由空間内に部分的に収容され、第１部材１及び第２部材５に対して相対的に回転軸線１７の周囲を回転できるように配置されている。
【００２１】
部材１、５、６は、第１、第２、第３部材の相対向する軸受面の間に数μｍ幅の軸受間隙７が形成されるように寸法設計されている。軸受間隙には軸受流体、例えば軸受油が、又は空気が、充填されている。第１部材１の円板状部分２と第３部材６の上面との相対向する軸受面８、１０が、第１スラスト軸受を形成する。第２部材５と第３部材６との相対向する軸受面１１、１３が、第２スラスト軸受を形成する。内向きに作用する（圧送する）大直径のスラスト軸受は、高い軸線方向剛性及び倒立剛性をもたらす。半径方向の諸力は、少なくとも一つのラジアル軸受により吸収され、このラジアル軸受は、第１部材１の円筒形部分３と第３部材６の内径との相対向する軸受面１４、１６により形成される。密に並べられた複数のラジアル軸受も設けておくことができる。
【００２２】
図２は、図１に示す軸受の展開図である。軸受が耐荷性となるように、周知の如くにスラスト軸受領域及びラジアル軸受領域の軸受面に圧送構造体が設けられている。軸受面が相互に相対回転すると、圧送構造体によって軸受流体の内部に流体動圧が発生させられる。この圧送構造体は、第１、第２、第３部材の選択された相対向する軸受面に配置される溝パターンからなる。圧送構造体は、相対向する軸受面の一方又は両方に設けておくことができる。認識されるように、第１部材１の円板状部分２の軸受面８が保持する圧送構造体９は、第３部材６の上側軸受面１０と協動し、且つ、第１スラスト軸受を形成する。第２部材５の上側軸受面１１が有する圧送構造体１２は、第３部材６の下側軸受面１３と協動し、且つ、第２スラスト軸受を形成する。ラジアル軸受を形成する圧送構造体１５は、第３部材６の内側軸受面１４に配置されており、第３部材は、第１部材１の円筒形部分の軸受面１６と協動する。
【００２３】
圧送構造体の原理及び機能について、図３乃至図５に基づいて説明する。図３及び図４は、単一のラジアル軸受の圧送構造体を示す。図３には、例えば軸２０のラジアル軸受領域の一部と対応する圧送構造体２１が例示的に示してある。圧送構造体により軸受流体に対して引き起こされる圧送作用の方向及び強さが、相応する矢印により示してある。矢印の長さは、圧送作用の強さ（圧力の大きさ）に比例している。製造公差及びその他の影響により圧送構造体２１が不規則となり、それに伴い圧送作用が様々な強さとなることがある。圧送構造体２１のこの不均整が軸受内に異なる圧力Ｐ１、Ｐ２を引き起こす。図３から明らかとなるように、これらの圧力差は例えば、それが設計上可能であるなら、いわゆる再循環通路２２により補償することができる。再循環通路の利用が、図４に示すように、可能でなければ、圧力差は別の方法により密封又は補償することができる。
【００２４】
ここで、本発明が適用される。
【００２５】
図５は、軸受内の圧力差を補償するための動的シールを有する、例えば軸３０上に圧送構造体２４を有する単一のラジアル軸受の概略を示す。これは、両側が開口した軸受である。軸受の外側は、周囲圧力Ｐ０に制御されている。部分的に不均整な圧送構造体２３、２４、２５が軸受内に異なる圧力Ｐ１、Ｐ２を発生し、外側圧送構造体２３、２５の圧送作用は内方を向いている。圧送構造体２３、２５は、軸受流体２６が軸受間隙２７から外側に進出するのを防止し、従って、動的シールとして機能する。動的に密封された流体軸受内において運転時に均衡が生じ、圧力差が補償される。軸受間隙の両方の末端に軸受流体用貯蔵収容部２８、２９が設けられている。軸受流体２６は、軸受間隙２７内において、帰結する最大圧送作用の方向に、例えば図において右方向に圧送される。その際、一方の貯蔵収容部２８が空になり、他方の貯蔵収容部２９に軸受流体が充填される。この過程は、シールの圧送構造体２３に部分的にもはや流体が充填されていなくなるまで持続する。この構造体２３の圧送作用は、付属する軸受間隙領域の充填度に応じて弱まり、軸受内において圧力差が補償されることになる。即ち、流体軸受用動的シールは、一つ又は複数の個別軸受の帰結する圧送作用の方向が未知である場合、二つの貯蔵流体用貯蔵収容部２８、２９と、二つの対応する圧送構造体２３、２５とを必要とする。
【００２６】
しかし、図６に示すように、結果的に生ずる圧送作用方向が明確である場合、充填レベルの補償には、一つの貯蔵収容部と、動的シールとしての一つの圧送構造体とがあれば十分である。図６に示す軸受装置は、例えば軸受ブッシュの態様の一つの固定部材３１と、例えば軸及び加圧板の態様の相互に結合された二つの回転部材３２、３３とを備えている。この実施の形態において、軸受装置は、片側が閉鎖され、上方においてのみ開口している。一つのラジアル軸受領域３４とその下に配置される二つのスラスト軸受領域３５、３６とが設けられている。軸受間隙３８の開口末端の圧送構造体３７は動的シールを形成し、軸受流体３９が軸受内部の方向に、即ち、軸受の閉鎖末端の方向に加圧されるようにする。回転軸線１７の周囲に例えば環状に設けられる貯蔵収容部４０は、軸受間隙３８内に充填レベル補償をもたらす。周知の如くにスラスト軸受領域３５、３６にも対応する圧送構造体（図示せず）が設けられている。圧送構造体により軸受流体に対して引き起こされる圧送作用の方向が、相応する矢印により示してある。矢印の長さは、圧送作用の強さ（圧力の大きさ）に比例している。
【００２７】
図５、図６の実施の形態に示す貯蔵収容部の形状及び位置は、本発明の原理にとってほとんど重要でない。貯蔵収容部は、十分な貯蔵流体を準備し、それぞれ付属する圧送構造体への流出入を貯蔵流体に可能としなければならないだけである。上記解決は、基本的にあらゆる種類の流体軸受に応用可能である。これは、例えば個々のラジアル軸受又はスラスト軸受、円錐状又は球状軸受にも、それらの組合せにもあてはまる。再循環穴は必ずしも必要ではないが、この原理を援助することができる。
【００２８】
図７は、図１及び図２による流体軸受内の動的シールの原理を示しており、二つのスラスト軸受と一つのラジアル軸受とが備えられ、スラスト軸受領域の圧送構造体が同時に動的シール用圧送構造体を形成している。即ち、スラスト軸受の圧送構造体は、二つの貯蔵収容部と共に、製造公差を補償する動的密封装置を構成する。スラスト軸受の圧送構造体は、軸受対偶の一方又は両方に設けておくことができる。その際、図１及び図２に示した形状とは別の形状の圧送構造体も可能である。部材１、５、６の間の軸受間隙７が、この図面では拡大して図示されている。軸受間隙７に軸受流体が充填されているのが認められる。部材１の下面又は部材５の上面に設けられるスラスト軸受領域の圧送構造体９、１２と、部材１の円筒形部分３の圧送構造体１５’（図１では、圧送構造体１５が選択的に部材３に設けられていた）とにより、軸受流体は回転軸線１７の方向に圧送される。二つの貯蔵収容部１８、１９は、例えば環状に形成しておくことができ、軸受間隙の末端に配置されており、軸受間隙７内において充填レベル補償をもたらす。圧送構造体の不均一性に起因して、例えば上側圧送構造体９により、下側圧送構造体１２によるよりも強い内向き圧力が発生させられる。そのため、上側圧送構造体９が部分的にもはや流体を充填されていない間に、軸受流体は、上側貯蔵収容部１８から軸受間隙７を通じて下側貯蔵収容部１９内に圧送され、こうして下側圧送構造体１２に関して均衡が生じる。その理由は、軸受の不均整が補償されるまで、この構造体９の圧送作用は、充填度に応じて弱まるからである。この実施の形態において、スラスト軸受の圧送構造体９、１２は、同時に、貯蔵収容部１８、１９の方向において軸受間隙７を動的に密封するための圧送構造体として機能する。圧送構造体により引き起こされる圧力推移が、図１では矢印によってではなく、相応する傾斜波形マークによって示してある。貯蔵収容部は、第１部材１の部分２と第２部材５との外径部に環状切欠き部として形成されている。
【００２９】
図８は、図１に対して変更された軸受装置を示しており、図１及び図２に関して同様の部材には同じ符号が付してある。この軸受装置は、いわゆる再循環通路４１と、マーク４２、４３により表され、二つの個別の圧送構造体を備えた動的シールとを備えている。再循環通路４１は、例えば第３部材６の内部に穴として形成されており、動的シールの作用を援助し、また、軸受間隙７の外側領域を相互に連通することにより軸受流体が軸受構造体の周囲を流れるのを援助する。動的シールを形成する圧送構造体４２、４３は、スラスト軸受領域の圧送構造体とは独立して構成され、スラスト軸受領域及び再循環通路４１の半径方向外側に配置されている。
【００３０】
図８による軸受装置内部での軸受流体の流れ挙動及び圧力推移が、図９から明らかとなる。スラスト軸受構造体の圧送作用に関わりなく、貯蔵収容部１８、１９内に保持された量の軸受流体により援助されて、圧送構造体４２、４３は、軸受内部に向く独自の圧送作用を発生する。再循環通路４１は、軸受間隙の末端領域の間において迅速な圧力補償をもたらす。
【００３１】
図１０は、片側で固定可能な軸受としての本発明に係る軸受の他の構成を示しており、第１部材１と第２部材５とを有し、第３軸受部材４４は、ロータベルとして機能する他の部材４５を担持している。補償収容部１８、１９は、やはり第１部材又は第２部材の外周面にあり、軸受間隙７と接続されている。スラスト軸受領域及びラジアル軸受領域の上記圧送構造体の他に、軸受配置を動的に密封するための個別の圧送構造体４６、４７がやはり設けられている。しかし、図示した事例において、圧送構造体は、スラスト軸受領域の平面にではなく、ロータベル４５の内周面に配置され、第１部材１又は第２部材５の周面と協働する。選択的に、動的シール用圧送構造体は、軸受部材１、５の外周面に横方向に配置しておくこともできる。
【００３２】
図１１は、圧送構造体により軸受間隙７内部に発生させられる圧力推移を示す。ラジアル軸受領域の圧送構造体は、軸受間隙の中心方向に向く正反対の増圧を発生するように構成されている。上側及び下側のスラスト軸受領域がやはり有する圧送構造体は、これら圧送構造体の中心に向く圧力推移を発生するが、軸受間隙の内部方向に向く圧力は、外方に向く圧力よりも多少高い。結局、動的シールの圧送構造体４６、４７は、軸受内部方向に向く圧力推移をやはり発生し、上側貯蔵収容部１８と下側貯蔵収容部１９との間で軸受流体のレベル補償を行うことができる。
【００３３】
図１２及び図１３は、図１及び図２の軸受装置と同様の軸受装置の断面図及び展開図である。同様の部材には同じ符号が付してある。図１と比較すると、第３軸受部材６が多少厚く形成されており、スラスト軸受領域は、多少大きな相互距離を有する。第２軸受部材は、貯蔵収容部１９の下方に環状切欠き部を有し、この切欠き部により第２部材を環状ハウジングフランジ４８内に嵌合させて、そこに固着することができる。部材１、５、６の対応する軸受面の圧送構造体の構成は、図１及び図２による実施の形態と同じである。
【００３４】
図１４は、本発明に係る構成の軸受装置を実質的に図１と同様に示しており、貯蔵収容部４９、５０は、スラスト軸受に付設された部材１、５の軸受面と同じ平面に配置されている。動的シールは、ここでもやはりスラスト軸受領域の圧送構造体により実現される。即ち、シール用の個別の圧送構造体は、設けられていない。貯蔵収容部の「水平」配置によって、この構成の軸受装置は、図１に比較して構造高さが小さい。
【００３５】
図１５に断面図により示すスピンドルモータは、本発明に係る構造様式の流体動圧軸受装置を備えている。軸受装置のこの構成は、図１０に示す軸受装置に類似している。このようなスピンドルモータは、例えば記憶ディスク駆動装置を駆動するのに使用することができる。軸受装置は、固定軸５１の態様の第１部材を備え、この軸は、円板状部分５２と、回転軸線１７に関して同軸のこれに連続する円筒形部分５３とを有する。第２環状部材５４は、円板状部分５２から離隔して軸５１の円筒形部分５３に固着され、両方の部材５１、５４の間に環状自由空間が形成される。第２部材５４は、スピンドルモータのベース板６０の穴内に堅固に受容されている。実質的に環状の第３部材５５は、自由空間内に一部が収容され、軸５１及び第２部材５４に対して相対的に回転軸線１７の周囲を回転できるように、そこに配置され且つ支持されている。部材５１、５４、５５は、第１、第２、第３部材の相対向する軸受面の間に数μｍ幅の軸受間隙５６が形成されるように、寸法設計されている。軸受間隙に軸受流体、例えば軸受油が、又は空気が、充填されている。軸５１の円板状部分５２と第３部材５５の正面との相対向する面が第１スラスト軸受を形成し、このスラスト軸受は、例えば図１及び図２に示したように相応する圧送構造体（図示せず）を特徴としている。第２部材５４と第３部材５５との相対向する面は、相応する圧送構造体を備えた第２スラスト軸受を形成する。内方に作用（圧送）する大直径のスラスト軸受は、高い軸線方向剛性及び倒立剛性をもたらす。半径方向諸力は、少なくとも一つのラジアル軸受により吸収され、このラジアル軸受は、軸の円筒形部分５３と第３部材５５の内径との相対向する面と、相応する圧送構造体６３とにより形成される。この軸受間隙領域に、密に並ぶ複数のラジアル軸受を設けておくこともできる。
【００３６】
第３軸受部材５５は、スピンドルモータのハブ５７を担持し、このハブは、第３部材５５の外径部に、例えばプレス嵌合により固着されている。ハブ５７の内径部の段差は、第３部材５５用係止として機能する。ハブ５７は、その外径部に永久磁石５８を担持しており、永久磁石は、スピンドルモータの電磁駆動装置の一部である。ベース板６０に固着されたステータ装置５９は、ハブ５７の永久磁石５８の周囲に円形に離間配置され、スピンドルモータの駆動装置の別の一部を形成する。ステータ装置５９が発生する交番電磁界は磁石５８に作用し、ハブ５７とこれに結合されて回転する軸受部材５５とを回転させる。
【００３７】
回転するハブ５７の内径部と固定軸５１の円板状部分５２の外径部又は第２部材５４の外径部との間に各一つの自由空間６１又は６２が設けられている。これらの自由空間６１、６２は、軸受間隙５６に隣接し、これと連通している。自由空間６１、６２は、その横断面が軸受間隙５６の方向において先細となるように形成されており、軸受間隙５６を密封するための毛細管シールとしても、軸受流体用補償兼貯蔵収容部としても機能する。軸受の負荷に応じて自由空間６１、６２の一方又は両方が少なくとも部分的に軸受流体を充填されている。自由空間６１、６２の円錐状横断面は、軸５１又は第２部材５４の回転軸線１７に対して斜めに延びる相応する外側幾何学形状により得られる。この「傾斜化」は、当然にハブ５７の相応する内側幾何学形状によっても達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】内方に作用する二つのスラスト軸受と一つの対称なラジアル軸受とを備えた本発明に係る軸受装置の断面図である。
【図２】図１に略示した軸受の展開図である。
【図３】再循環通路を備えた単一のラジアル軸受の従来例を示す。
【図４】再循環通路のない単一のラジアル軸受の従来例を示す。
【図５】動的シールを備えた単一のラジアル軸受の原理を示す。
【図６】二つのスラスト軸受と一つのラジアル軸受と一つの流体貯蔵収容部とを備えた流体軸受内の動的シールの原理を示す。
【図７】図１による流体軸受内の動的シールの原理を示しており、シールの圧送構造体が同時に軸受構造体である。
【図８】再循環通路と二つの個別の圧送構造体を有する動的シールとを備えた本発明に係る軸受装置を図１と同様に示す断面図である。
【図９】図８による流体軸受内の動的シールの原理を示す。
【図１０】個別のロータと、動的密封用に横方向圧送構造体を有する片側で固定される軸受とを備えた本発明に係る軸受装置の他の構成の断面図である。
【図１１】二つのスラスト軸受と一つのラジアル軸受と個別の圧送構造体とを備えた図１０による流体軸受内の動的シールの原理を示す。
【図１２】図１に比較してわずかに変更された構成の、ハウジングフランジに固着される軸受装置の断面図である。
【図１３】図１２に略示した軸受の展開図である。
【図１４】図１に比較してわずかに変更された構成の、貯蔵収容部を水平に配置した軸受装置の断面図である。
【図１５】本発明に係る軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ （第１）部材
２ 円板状部分
３ 円筒形部分
４ ねじ穴
５ （第２）部材
６ （第３）部材
７ 軸受間隙
８ 軸受面（部材１）
９ 圧送構造体
１０ 軸受面（部材３）
１１ 軸受面（部材２）
１２ 圧送構造体
１３ 軸受面（部材３）
１４ 軸受面（部材３）
１５、１５’ 圧送構造体
１６ 軸受面（部材１）
１７ 回転軸線
１８ 貯蔵収容部
１９ 貯蔵収容部
２０ 軸
２１ 圧送構造体
２２ 再循環通路
２３ 圧送構造体
２４ 圧送構造体
２５ 圧送構造体
２６ 軸受流体
２７ 軸受間隙
２８ 貯蔵収容部
２９ 貯蔵収容部
３０ 軸
３１ （固定）部材
３２ （回転）部材
３３ （回転）部材
３４ ラジアル軸受領域
３５ スラスト軸受領域
３６ スラスト軸受領域
３７ 圧送構造体
３８ 軸受間隙
３９ 軸受流体
４０ 貯蔵収容部
４１ 再循環通路
４２ 圧送構造体（シール）
４３ 圧送構造体（シール）
４４ （第３）部材
４５ ロータベル
４６ 圧送構造体（シール）
４７ 圧送構造体（シール）
４８ ハウジングフランジ
４９ 貯蔵収容部
５０ 貯蔵収容部
５１ 軸（第１部材）
５２ 円板状部分
５３ 円筒形部分
５４ （第２）部材
５５ （第３）部材
５６ 軸受間隙
５７ ハブ
５８ 永久磁石
５９ ステータ装置
６０ ベース板
６１ 自由空間
６２ 自由空間
６３ 圧送構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受装置に係り、特に、例えばハードディスク駆動装置内において利用されるスピンドルモータ用の構造寸法の小さい流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク駆動装置の小型化の進展によって新たな設計問題が、特に小型駆動モータ及び軸受装置の設計時に生ずる。従来は、転がり軸受が使用されたが、現在では、流体動圧軸受装置が、その構造様式が一層小さく且つ精度が一層高いので、益々普及しつつある。それにも拘わらず、ハードディスク流体動圧軸受及びその製造方法に関する従来の設計解決は応用可能ではなく、又は、困難を伴ってのみ応用可能である。軸受装置が小さくなればなるほど、従来の構造様式では、その支持力及び剛性が一層小さくなる。
【０００３】
流体軸受における他の問題は、密封である。特に、軸受の小型化は、相応に適合された密封配置を必要とする。流体貯蔵部から本来の軸受領域へと支障のない到達を軸受流体に可能としなければならない。他方、流体が軸受から漏出することのないように確保しなければならない。これは、高圧が発生する点を考慮すると、特に、複数の密封個所を有する軸受では問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明の課題は、小さい構造寸法において気密性に関して高い信頼性を有し、吸収可能な支持力及び剛性を有する流体動圧軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。
【０００６】
本発明の好ましい諸構成及びその他の有利な特徴は、従属請求項に明示されている。
【０００７】
技術の現状から出発して、この流体動圧軸受装置は、少なくとも一つの固定部材と一つの回転部材とを備え、これらの部材が、相対向する軸受面の間に、軸受流体が充填される軸受間隙を形成し、この軸受間隙が少なくとも一方の末端において開口し、且つ、密封手段により周囲に対して密封されており、軸受面の少なくとも一つに、流体動圧を発生するための圧送構造体が設けられており、軸受間隙と接続された少なくとも一つの軸受流体貯蔵収容部が設けられている。本発明によれば、密封手段は、圧送構造体により構成されており、圧送構造体は、軸受間隙の開口末端において軸受部材の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部を向いた圧送作用を軸受流体に対して発生して軸受間隙の開口末端の動的密封を形成するように構成されている。
【０００８】
片側を閉鎖された軸受装置の代わりに、本発明の好ましい一構成において軸受間隙は、二つの開口末端を有し、両方の末端が密封手段により密封されている。その際、密封手段は、各開口末端において軸受装置の既存の圧送構造体により、及び／又は、軸受装置の圧送構造体とは独立した圧送構造体により構成しておくことができ、この独立した圧送構造体は、軸受装置の内部方向に独自の圧送作用を発生する。
【０００９】
その際、貯蔵収容部は、主に圧送構造体と連関して、付加的密封手段を構成し、二つの開口末端を有する軸受間隙の場合、主にこれらの開口末端のそれぞれが貯蔵収容部に通じている。
【００１０】
本発明の好ましい一構成において、特に軸受間隙が二つの開口末端を有する場合、相互に分離された二つの貯蔵収容部内に貯蔵流体がある。二つの流体動圧圧送構造体の正反対の圧送作用により、一方の貯蔵収容部から他方の貯蔵収容部へと軸受流体が圧送され、均衡が生ずることになる。その際、貯蔵収容部の形状は重要ではない。外部に対して十分な静的気密性が存在しなければならないだけである。この配置は、大きな圧力変化も補償することができ、なおかつ、貯蔵流体を用意することができる。
【００１１】
本発明に係る動的密封配置は、あらゆる種類の流体動圧軸受装置、特に、純ラジアル軸受配置、純スラスト軸受配置又は円錐状若しくは球状軸受又はそれらの組合せ体に対して利用可能である。
【００１２】
本発明の好ましい一構成において軸受装置は、円板状部分、及び、回転軸線に関して同軸のこれに連続する円筒形部分からなる第１部材と、円板状部分から離隔して第１部材の円筒形部分に固着されて両方の部材の間に環状自由空間を形成する第２環状部材と、第１、第２部材に対して相対的に回転軸線の周囲を回転可能に環状自由空間内に収容される第３環状部材と、を備えている。第１、第２、第３部材の相対向する軸受面との間に形成される軸受間隙内に、軸受流体が送り込まれている。軸受流体内部に流体動圧を発生するための圧送構造体は、第１、第２、第３部材の選択された相対向する軸受面上に構造体として構成されている。
【００１３】
このような軸受装置の好ましい実施の一形態において、第１、第３部材の相対向する軸受面により形成される第１スラスト軸受と、第２、第３部材の相対向する軸受面により形成される第２スラスト軸受と、第１、第３部材の相対向する軸受面により形成される少なくとも一つのラジアル軸受と、が設けられている。
【００１４】
部材諸機能の統合により上記軸受はわずかな数の部材からなる。これらの部材は、従来の製造方法により製造可能である。軸線方向距離の大きいラジアル軸受によってではなく、スラスト軸受によって所要の倒立剛性（Kippsteifigkeit）が達成されるので、所要の構造高さを小さくして実施することができる。これにより軸線方向剛性は、大きい。尚、不可欠な半径方向剛性は、少なくとも一つの比較的「小さい」ラジアル軸受により達成することができる。この構造形状により、作用する諸力に対して有利な位置にラジアル軸受を配置することが可能である。
【００１５】
本発明の他の利点は、軸受を両側で（上と下で）、即ち、第１、第２軸受部材に固定する可能性にある。その際、主に第３部材は、軸受の回転部品を構成する。軸受の動作円滑性に対する要求が厳しい用途には、例えばハードディスクモータ内では、このような両側固定が好ましい。しかし、この原理は、片側で固定される軸受にも応用可能である。
【００１６】
軸受間隙は、両方のスラスト軸受の領域において、第３部材に設けられる一つ又は複数の再循環通路により相互に接続しておくことができる。これは、軸受内での軸受流体の循環を促進し、軸受内での圧力補償向上に基づいて、動的密封の作用を援助する。
【００１７】
軸受装置は、主に、例えばハードディスク駆動装置内において使用されるスピンドルモータの構成要素であり、第３部材は、スピンドルモータのロータの少なくとも一部を構成する。この応用において、軸受装置は、両側で、即ち、第１及び／又は第２部材に固定可能であると有利である。
【００１８】
好ましいことにラジアル軸受は、ラジアル軸受の中心を向いた圧送作用を発生する圧送構造体を有する。これに対して、スラスト軸受は、回転軸線方向において半径方向内向きの圧送作用を主として発生する圧送構造体を有する。その際、両方のスラスト軸受の圧送作用は、ラジアル軸受の方向において正反対に、即ち、軸受装置内部の方を向いている。
【００１９】
貯蔵収容部の配置については、貯蔵収容部が、第１部材の円板状部分の外径部に配置されていると好ましい。別の貯蔵収容部は、それが存在する限り、第２部材の外径部に対応して配置しておくことができる。第１スラスト軸受の平面における半径方向外側において貯蔵収容部を第１部材に配置しておくこともできる。その場合、第２貯蔵収容部は、第２スラスト軸受の平面における半径方向外側において第２部材に配置しておくことができる。貯蔵収容部は、主に、当該部材の各一つの環状又は円錐状切欠き部により構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る軸受の基本構造を示す。この軸受は、特に、その単純な構造様式において際立っている。図１に示す態様では、軸受は、単に三つの部材からなる。第１部材１は、円板状部分２と、回転軸線１７に関して同軸のこれに連続する円筒形部分３とを有する。部材をハウジング等に固着するための少なくとも一つのねじ穴４が回転軸線１７と同軸に第１部材１に設けられている。円板状部分２から離隔して第２環状部材５が第１部材１の円筒形部分３に固着され、両方の部材１、５の間に環状自由空間が形成されている。部材１の円板状部分２と部材５とは、特に、同一の外径を有する。実質的に環状の第３部材６が自由空間内に部分的に収容され、第１部材１及び第２部材５に対して相対的に回転軸線１７の周囲を回転できるように配置されている。
【００２１】
部材１、５、６は、第１、第２、第３部材の相対向する軸受面の間に数μｍ幅の軸受間隙７が形成されるように寸法設計されている。軸受間隙には軸受流体、例えば軸受油が、又は空気が、充填されている。第１部材１の円板状部分２と第３部材６の上面との相対向する軸受面８、１０が、第１スラスト軸受を形成する。第２部材５と第３部材６との相対向する軸受面１１、１３が、第２スラスト軸受を形成する。内向きに作用する（圧送する）大直径のスラスト軸受は、高い軸線方向剛性及び倒立剛性をもたらす。半径方向の諸力は、少なくとも一つのラジアル軸受により吸収され、このラジアル軸受は、第１部材１の円筒形部分３と第３部材６の内径との相対向する軸受面１４、１６により形成される。密に並べられた複数のラジアル軸受も設けておくことができる。
【００２２】
図２は、図１に示す軸受の展開図である。軸受が耐荷性となるように、周知の如くにスラスト軸受領域及びラジアル軸受領域の軸受面に圧送構造体が設けられている。軸受面が相互に相対回転すると、圧送構造体によって軸受流体の内部に流体動圧が発生させられる。この圧送構造体は、第１、第２、第３部材の選択された相対向する軸受面に配置される溝パターンからなる。圧送構造体は、相対向する軸受面の一方又は両方に設けておくことができる。認識されるように、第１部材１の円板状部分２の軸受面８が保持する圧送構造体９は、第３部材６の上側軸受面１０と協動し、且つ、第１スラスト軸受を形成する。第２部材５の上側軸受面１１が有する圧送構造体１２は、第３部材６の下側軸受面１３と協動し、且つ、第２スラスト軸受を形成する。ラジアル軸受を形成する圧送構造体１５は、第３部材６の内側軸受面１４に配置されており、第３部材は、第１部材１の円筒形部分の軸受面１６と協動する。
【００２３】
圧送構造体の原理及び機能について、図３乃至図５に基づいて説明する。図３及び図４は、単一のラジアル軸受の圧送構造体を示す。図３には、例えば軸２０のラジアル軸受領域の一部と対応する圧送構造体２１が例示的に示してある。圧送構造体により軸受流体に対して引き起こされる圧送作用の方向及び強さが、相応する矢印により示してある。矢印の長さは、圧送作用の強さ（圧力の大きさ）に比例している。製造公差及びその他の影響により圧送構造体２１が不規則となり、それに伴い圧送作用が様々な強さとなることがある。圧送構造体２１のこの不均整が軸受内に異なる圧力Ｐ１、Ｐ２を引き起こす。図３から明らかとなるように、これらの圧力差は例えば、それが設計上可能であるなら、いわゆる再循環通路２２により補償することができる。再循環通路の利用が、図４に示すように、可能でなければ、圧力差は別の方法により密封又は補償することができる。
【００２４】
ここで、本発明が適用される。
【００２５】
図５は、軸受内の圧力差を補償するための動的シールを有する、例えば軸３０上に圧送構造体２４を有する単一のラジアル軸受の概略を示す。これは、両側が開口した軸受である。軸受の外側は、周囲圧力Ｐ０に制御されている。部分的に不均整な圧送構造体２３、２４、２５が軸受内に異なる圧力Ｐ１、Ｐ２を発生し、外側圧送構造体２３、２５の圧送作用は内方を向いている。圧送構造体２３、２５は、軸受流体２６が軸受間隙２７から外側に進出するのを防止し、従って、動的シールとして機能する。動的に密封された流体軸受内において運転時に均衡が生じ、圧力差が補償される。軸受間隙の両方の末端に軸受流体用貯蔵収容部２８、２９が設けられている。軸受流体２６は、軸受間隙２７内において、帰結する最大圧送作用の方向に、例えば図において右方向に圧送される。その際、一方の貯蔵収容部２８が空になり、他方の貯蔵収容部２９に軸受流体が充填される。この過程は、シールの圧送構造体２３に部分的にもはや流体が充填されていなくなるまで持続する。この構造体２３の圧送作用は、付属する軸受間隙領域の充填度に応じて弱まり、軸受内において圧力差が補償されることになる。即ち、流体軸受用動的シールは、一つ又は複数の個別軸受の帰結する圧送作用の方向が未知である場合、二つの貯蔵流体用貯蔵収容部２８、２９と、二つの対応する圧送構造体２３、２５とを必要とする。
【００２６】
しかし、図６に示すように、結果的に生ずる圧送作用方向が明確である場合、充填レベルの補償には、一つの貯蔵収容部と、動的シールとしての一つの圧送構造体とがあれば十分である。図６に示す軸受装置は、例えば軸受ブッシュの態様の一つの固定部材３１と、例えば軸及び加圧板の態様の相互に結合された二つの回転部材３２、３３とを備えている。この実施の形態において、軸受装置は、片側が閉鎖され、上方においてのみ開口している。一つのラジアル軸受領域３４とその下に配置される二つのスラスト軸受領域３５、３６とが設けられている。軸受間隙３８の開口末端の圧送構造体３７は動的シールを形成し、軸受流体３９が軸受内部の方向に、即ち、軸受の閉鎖末端の方向に加圧されるようにする。回転軸線１７の周囲に例えば環状に設けられる貯蔵収容部４０は、軸受間隙３８内に充填レベル補償をもたらす。周知の如くにスラスト軸受領域３５、３６にも対応する圧送構造体（図示せず）が設けられている。圧送構造体により軸受流体に対して引き起こされる圧送作用の方向が、相応する矢印により示してある。矢印の長さは、圧送作用の強さ（圧力の大きさ）に比例している。
【００２７】
図５、図６の実施の形態に示す貯蔵収容部の形状及び位置は、本発明の原理にとってほとんど重要でない。貯蔵収容部は、十分な貯蔵流体を準備し、それぞれ付属する圧送構造体への流出入を貯蔵流体に可能としなければならないだけである。上記解決は、基本的にあらゆる種類の流体軸受に応用可能である。これは、例えば個々のラジアル軸受又はスラスト軸受、円錐状又は球状軸受にも、それらの組合せにもあてはまる。再循環穴は必ずしも必要ではないが、この原理を援助することができる。
【００２８】
図７は、図１及び図２による流体軸受内の動的シールの原理を示しており、二つのスラスト軸受と一つのラジアル軸受とが備えられ、スラスト軸受領域の圧送構造体が同時に動的シール用圧送構造体を形成している。即ち、スラスト軸受の圧送構造体は、二つの貯蔵収容部と共に、製造公差を補償する動的密封装置を構成する。スラスト軸受の圧送構造体は、軸受対偶の一方又は両方に設けておくことができる。その際、図１及び図２に示した形状とは別の形状の圧送構造体も可能である。部材１、５、６の間の軸受間隙７が、この図面では拡大して図示されている。軸受間隙７に軸受流体が充填されているのが認められる。部材１の下面又は部材５の上面に設けられるスラスト軸受領域の圧送構造体９、１２と、部材１の円筒形部分３の圧送構造体１５’（図１では、圧送構造体１５が選択的に部材３に設けられていた）とにより、軸受流体は回転軸線１７の方向に圧送される。二つの貯蔵収容部１８、１９は、例えば環状に形成しておくことができ、軸受間隙の末端に配置されており、軸受間隙７内において充填レベル補償をもたらす。圧送構造体の不均一性に起因して、例えば上側圧送構造体９により、下側圧送構造体１２によるよりも強い内向き圧力が発生させられる。そのため、上側圧送構造体９が部分的にもはや流体を充填されていない間に、軸受流体は、上側貯蔵収容部１８から軸受間隙７を通じて下側貯蔵収容部１９内に圧送され、こうして下側圧送構造体１２に関して均衡が生じる。その理由は、軸受の不均整が補償されるまで、この構造体９の圧送作用は、充填度に応じて弱まるからである。この実施の形態において、スラスト軸受の圧送構造体９、１２は、同時に、貯蔵収容部１８、１９の方向において軸受間隙７を動的に密封するための圧送構造体として機能する。圧送構造体により引き起こされる圧力推移が、図１では矢印によってではなく、相応する傾斜波形マークによって示してある。貯蔵収容部は、第１部材１の部分２と第２部材５との外径部に環状切欠き部として形成されている。
【００２９】
図８は、図１に対して変更された軸受装置を示しており、図１及び図２に関して同様の部材には同じ符号が付してある。この軸受装置は、いわゆる再循環通路４１と、マーク４２、４３により表され、二つの個別の圧送構造体を備えた動的シールとを備えている。再循環通路４１は、例えば第３部材６の内部に穴として形成されており、動的シールの作用を援助し、また、軸受間隙７の外側領域を相互に連通することにより軸受流体が軸受構造体の周囲を流れるのを援助する。動的シールを形成する圧送構造体４２、４３は、スラスト軸受領域の圧送構造体とは独立して構成され、スラスト軸受領域及び再循環通路４１の半径方向外側に配置されている。
【００３０】
図８による軸受装置内部での軸受流体の流れ挙動及び圧力推移が、図９から明らかとなる。スラスト軸受構造体の圧送作用に関わりなく、貯蔵収容部１８、１９内に保持された量の軸受流体により援助されて、圧送構造体４２、４３は、軸受内部に向く独自の圧送作用を発生する。再循環通路４１は、軸受間隙の末端領域の間において迅速な圧力補償をもたらす。
【００３１】
図１０は、片側で固定可能な軸受としての本発明に係る軸受の他の構成を示しており、第１部材１と第２部材５とを有し、第３軸受部材４４は、ロータベルとして機能する他の部材４５を担持している。補償収容部１８、１９は、やはり第１部材又は第２部材の外周面にあり、軸受間隙７と接続されている。スラスト軸受領域及びラジアル軸受領域の上記圧送構造体の他に、軸受配置を動的に密封するための個別の圧送構造体４６、４７がやはり設けられている。しかし、図示した事例において、圧送構造体は、スラスト軸受領域の平面にではなく、ロータベル４５の内周面に配置され、第１部材１又は第２部材５の周面と協働する。選択的に、動的シール用圧送構造体は、軸受部材１、５の外周面に横方向に配置しておくこともできる。
【００３２】
図１１は、圧送構造体により軸受間隙７内部に発生させられる圧力推移を示す。ラジアル軸受領域の圧送構造体は、軸受間隙の中心方向に向く正反対の増圧を発生するように構成されている。上側及び下側のスラスト軸受領域がやはり有する圧送構造体は、これら圧送構造体の中心に向く圧力推移を発生するが、軸受間隙の内部方向に向く圧力は、外方に向く圧力よりも多少高い。結局、動的シールの圧送構造体４６、４７は、軸受内部方向に向く圧力推移をやはり発生し、上側貯蔵収容部１８と下側貯蔵収容部１９との間で軸受流体のレベル補償を行うことができる。
【００３３】
図１２及び図１３は、図１及び図２の軸受装置と同様の軸受装置の断面図及び展開図である。同様の部材には同じ符号が付してある。図１と比較すると、第３軸受部材６が多少厚く形成されており、スラスト軸受領域は、多少大きな相互距離を有する。第２軸受部材は、貯蔵収容部１９の下方に環状切欠き部を有し、この切欠き部により第２部材を環状ハウジングフランジ４８内に嵌合させて、そこに固着することができる。部材１、５、６の対応する軸受面の圧送構造体の構成は、図１及び図２による実施の形態と同じである。
【００３４】
図１４は、本発明に係る構成の軸受装置を実質的に図１と同様に示しており、貯蔵収容部４９、５０は、スラスト軸受に付設された部材１、５の軸受面と同じ平面に配置されている。動的シールは、ここでもやはりスラスト軸受領域の圧送構造体により実現される。即ち、シール用の個別の圧送構造体は、設けられていない。貯蔵収容部の「水平」配置によって、この構成の軸受装置は、図１に比較して構造高さが小さい。
【００３５】
図１５に断面図により示すスピンドルモータは、本発明に係る構造様式の流体動圧軸受装置を備えている。軸受装置のこの構成は、図１０に示す軸受装置に類似している。このようなスピンドルモータは、例えば記憶ディスク駆動装置を駆動するのに使用することができる。軸受装置は、固定軸５１の態様の第１部材を備え、この軸は、円板状部分５２と、回転軸線１７に関して同軸のこれに連続する円筒形部分５３とを有する。第２環状部材５４は、円板状部分５２から離隔して軸５１の円筒形部分５３に固着され、両方の部材５１、５４の間に環状自由空間が形成される。第２部材５４は、スピンドルモータのベース板６０の穴内に堅固に受容されている。実質的に環状の第３部材５５は、自由空間内に一部が収容され、軸５１及び第２部材５４に対して相対的に回転軸線１７の周囲を回転できるように、そこに配置され且つ支持されている。部材５１、５４、５５は、第１、第２、第３部材の相対向する軸受面の間に数μｍ幅の軸受間隙５６が形成されるように、寸法設計されている。軸受間隙に軸受流体、例えば軸受油が、又は空気が、充填されている。軸５１の円板状部分５２と第３部材５５の正面との相対向する面が第１スラスト軸受を形成し、このスラスト軸受は、例えば図１及び図２に示したように相応する圧送構造体（図示せず）を特徴としている。第２部材５４と第３部材５５との相対向する面は、相応する圧送構造体を備えた第２スラスト軸受を形成する。内方に作用（圧送）する大直径のスラスト軸受は、高い軸線方向剛性及び倒立剛性をもたらす。半径方向諸力は、少なくとも一つのラジアル軸受により吸収され、このラジアル軸受は、軸の円筒形部分５３と第３部材５５の内径との相対向する面と、相応する圧送構造体６３とにより形成される。この軸受間隙領域に、密に並ぶ複数のラジアル軸受を設けておくこともできる。
【００３６】
第３軸受部材５５は、スピンドルモータのハブ５７を担持し、このハブは、第３部材５５の外径部に、例えばプレス嵌合により固着されている。ハブ５７の内径部の段差は、第３部材５５用係止として機能する。ハブ５７は、その外径部に永久磁石５８を担持しており、永久磁石は、スピンドルモータの電磁駆動装置の一部である。ベース板６０に固着されたステータ装置５９は、ハブ５７の永久磁石５８の周囲に円形に離間配置され、スピンドルモータの駆動装置の別の一部を形成する。ステータ装置５９が発生する交番電磁界は磁石５８に作用し、ハブ５７とこれに結合されて回転する軸受部材５５とを回転させる。
【００３７】
回転するハブ５７の内径部と固定軸５１の円板状部分５２の外径部又は第２部材５４の外径部との間に各一つの自由空間６１又は６２が設けられている。これらの自由空間６１、６２は、軸受間隙５６に隣接し、これと連通している。自由空間６１、６２は、その横断面が軸受間隙５６の方向において先細となるように形成されており、軸受間隙５６を密封するための毛細管シールとしても、軸受流体用補償兼貯蔵収容部としても機能する。軸受の負荷に応じて自由空間６１、６２の一方又は両方が少なくとも部分的に軸受流体を充填されている。自由空間６１、６２の円錐状横断面は、軸５１又は第２部材５４の回転軸線１７に対して斜めに延びる相応する外側幾何学形状により得られる。この「傾斜化」は、当然にハブ５７の相応する内側幾何学形状によっても達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】内方に作用する二つのスラスト軸受と一つの対称なラジアル軸受とを備えた本発明に係る軸受装置の断面図である。
【図２】図１に略示した軸受の展開図である。
【図３】再循環通路を備えた単一のラジアル軸受の従来例を示す。
【図４】再循環通路のない単一のラジアル軸受の従来例を示す。
【図５】動的シールを備えた単一のラジアル軸受の原理を示す。
【図６】二つのスラスト軸受と一つのラジアル軸受と一つの流体貯蔵収容部とを備えた流体軸受内の動的シールの原理を示す。
【図７】図１による流体軸受内の動的シールの原理を示しており、シールの圧送構造体が同時に軸受構造体である。
【図８】再循環通路と二つの個別の圧送構造体を有する動的シールとを備えた本発明に係る軸受装置を図１と同様に示す断面図である。
【図９】図８による流体軸受内の動的シールの原理を示す。
【図１０】個別のロータと、動的密封用に横方向圧送構造体を有する片側で固定される軸受とを備えた本発明に係る軸受装置の他の構成の断面図である。
【図１１】二つのスラスト軸受と一つのラジアル軸受と個別の圧送構造体とを備えた図１０による流体軸受内の動的シールの原理を示す。
【図１２】図１に比較してわずかに変更された構成の、ハウジングフランジに固着される軸受装置の断面図である。
【図１３】図１２に略示した軸受の展開図である。
【図１４】図１に比較してわずかに変更された構成の、貯蔵収容部を水平に配置した軸受装置の断面図である。
【図１５】本発明に係る軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ （第１）部材
２ 円板状部分
３ 円筒形部分
４ ねじ穴
５ （第２）部材
６ （第３）部材
７ 軸受間隙
８ 軸受面（部材１）
９ 圧送構造体
１０ 軸受面（部材３）
１１ 軸受面（部材２）
１２ 圧送構造体
１３ 軸受面（部材３）
１４ 軸受面（部材３）
１５、１５’ 圧送構造体
１６ 軸受面（部材１）
１７ 回転軸線
１８ 貯蔵収容部
１９ 貯蔵収容部
２０ 軸
２１ 圧送構造体
２２ 再循環通路
２３ 圧送構造体
２４ 圧送構造体
２５ 圧送構造体
２６ 軸受流体
２７ 軸受間隙
２８ 貯蔵収容部
２９ 貯蔵収容部
３０ 軸
３１ （固定）部材
３２ （回転）部材
３３ （回転）部材
３４ ラジアル軸受領域
３５ スラスト軸受領域
３６ スラスト軸受領域
３７ 圧送構造体
３８ 軸受間隙
３９ 軸受流体
４０ 貯蔵収容部
４１ 再循環通路
４２ 圧送構造体（シール）
４３ 圧送構造体（シール）
４４ （第３）部材
４５ ロータベル
４６ 圧送構造体（シール）
４７ 圧送構造体（シール）
４８ ハウジングフランジ
４９ 貯蔵収容部
５０ 貯蔵収容部
５１ 軸（第１部材）
５２ 円板状部分
５３ 円筒形部分
５４ （第２）部材
５５ （第３）部材
５６ 軸受間隙
５７ ハブ
５８ 永久磁石
５９ ステータ装置
６０ ベース板
６１ 自由空間
６２ 自由空間
６３ 圧送構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの固定部材（１；５）と一つの回転部材（６）とを備え、これらの部材は、相対向する軸受面の間に、軸受流体が充填される軸受間隙（７）を形成し、前記軸受間隙は、少なくとも一方の末端において開口し且つ密封手段により周囲に対して密封されており、空間的に分離された少なくとも二つの軸受面に、流体動圧を発生させるための圧送構造体が設けられており、前記軸受間隙と連通した少なくとも一つの軸受流体貯蔵収容部（１８；１９）が設けられている、流体動圧軸受装置であって、
前記密封手段は、前記圧送構造体（９、１２；４２、４３）により構成されており、前記圧送構造体は、前記軸受間隙（７）の開口末端において前記軸受部材（１；５；６）の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部に向いた圧送作用を前記軸受流体に対して発生させて前記軸受間隙の開口末端の動的密封を引き起こすように構成されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸受間隙は、二つの開口末端を有し、両方の末端が前記密封手段により密封されていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記密封手段は、軸受装置の前記圧送構造体（９、１２）により構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装置。
【請求項４】
前記密封手段は、軸受装置の前記圧送構造体とは独立した圧送構造体（４２、４３）により構成されており、この独立した前記圧送構造体は、軸受装置の内部方向に圧送作用を発生させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記軸受間隙全体に前記軸受流体が充填されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記貯蔵収容部（１８；１９）は、付加的密封手段を構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記軸受間隙の各開口末端は、前記貯蔵収容部（１８；１９）に連通していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
少なくとも一つの前記圧送構造体に前記軸受流体が部分的に充填されているだけであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
円板状部分（２）、及び、回転軸線（１７）に関して同軸の前記円板状部分（２）に連続する円筒形部分（３）からなる第１部材（１）と、
前記円板状部分（２）から離隔して前記第１部材の前記円筒形部分に固着されて両方の部材（１；５）の間に環状自由空間を形成する第２環状部材（５）と、
前記第１、第２部材に対して相対的に回転軸線の周囲を回転可能に環状自由空間内に収容される第３環状部材（６）と、
前記第１、第２、第３部材（１；５；６）の相対向する軸受面（８、１０；１１、１３；１４、１６）との間に形成される軸受間隙（７）内に送り込まれる軸受流体と、
前記第１、第２、第３部材の選択された相対向する軸受面上に形成されて軸受流体内部に流体動圧を発生させる圧送構造体（９；１２；１５）と、
を備えていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
密封手段が前記圧送構造体（９、１２；４２、４３）により構成されて設けられており、前記圧送構造体は、前記軸受間隙（７）の開口末端において前記軸受部材（１；５；６）の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部に向いた圧送作用を前記軸受流体に対して発生させて前記軸受間隙の開口末端の動的密封を引き起こすように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
前記軸受装置は、前記第１、第３部材（１；６）の相対向する前記軸受面（８；１０）により形成される第１スラスト軸受を備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
前記第１スラスト軸受の平面において、半径方向外側に貯蔵収容部（４９）が前記第１部材（１）に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１３】
前記軸受装置は、前記第２、第３部材（５；６）の相対向する前記軸受面（１１；１３）により形成される第２スラスト軸受を備えていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
前記第２スラスト軸受の平面において、半径方向外側に貯蔵収容部（５０）が前記第２部材（５）に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１５】
前記軸受間隙（７）は、両方の前記スラスト軸受の領域において、前記第３部材に設けられる一つ又は複数の再循環通路（４１）により相互に連通されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１６】
前記スラスト軸受は、回転軸線方向において半径方向内向きの圧送作用を主として発生させる前記圧送構造体（９；１２）を有することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１７】
前記軸受装置は、前記第１、第３部材（１；６）の相対向する前記軸受面（１４；１６）により形成される少なくとも一つのラジアル軸受を備えていることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１８】
前記ラジアル軸受は、前記ラジアル軸受の中心に向いた圧送作用を発生させる前記圧送構造体を有することを特徴とする請求項１７に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１９】
両方の前記スラスト軸受の圧送作用は、前記ラジアル軸受の方向において正反対を向いていることを特徴とする請求項１３乃至１６に従属する請求項１７、又は、請求項１３乃至１６に従属する請求項１７に従属する請求項１８のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２０】
前記軸受装置は、スピンドルモータの構成要素であり、前記第３部材（４４）は、前記スピンドルモータのロータ（４５）の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項９乃至１９のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２１】
前記軸受装置は、支持体の前記第１及び／又は第２部材に固定可能であることを特徴とする請求項９乃至２０のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２２】
貯蔵収容部（１８）が、前記第１部材（１）の円板状部分（２）の外径部に配置されていることを特徴とする請求項９乃至２１のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２３】
貯蔵収容部（１９）が、前記第２部材（５）の外径部に配置されていることを特徴とする請求項９乃至２１のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２４】
前記貯蔵収容部（１８；１９；４９；５０）は、当該部材の環状又は円錐状切欠き部により形成されていることを特徴とする請求項１２，２２又は２３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置を備えていることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のスピンドルモータを備えていることを特徴とする記憶ディスク駆動装置。
【請求項１】
少なくとも一つの固定部材（１；５）と一つの回転部材（６）とを備え、これらの部材は、相対向する軸受面の間に、軸受流体が充填される軸受間隙（７）を形成し、前記軸受間隙は、少なくとも一方の末端において開口し且つ密封手段により周囲に対して密封されており、空間的に分離された少なくとも二つの軸受面に、流体動圧を発生させるための圧送構造体が設けられており、前記軸受間隙と連通した少なくとも一つの軸受流体貯蔵収容部（１８；１９）が設けられている、流体動圧軸受装置であって、
前記密封手段は、前記圧送構造体（９、１２；４２、４３）により構成されており、前記圧送構造体は、前記軸受間隙（７）の開口末端において前記軸受部材（１；５；６）の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部に向いた圧送作用を前記軸受流体に対して発生させて前記軸受間隙の開口末端の動的密封を引き起こすように構成されていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸受間隙は、二つの開口末端を有し、両方の末端が前記密封手段により密封されていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記密封手段は、軸受装置の前記圧送構造体（９、１２）により構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装置。
【請求項４】
前記密封手段は、軸受装置の前記圧送構造体とは独立した圧送構造体（４２、４３）により構成されており、この独立した前記圧送構造体は、軸受装置の内部方向に圧送作用を発生させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記軸受間隙全体に前記軸受流体が充填されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記貯蔵収容部（１８；１９）は、付加的密封手段を構成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記軸受間隙の各開口末端は、前記貯蔵収容部（１８；１９）に連通していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
少なくとも一つの前記圧送構造体に前記軸受流体が部分的に充填されているだけであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
円板状部分（２）、及び、回転軸線（１７）に関して同軸の前記円板状部分（２）に連続する円筒形部分（３）からなる第１部材（１）と、
前記円板状部分（２）から離隔して前記第１部材の前記円筒形部分に固着されて両方の部材（１；５）の間に環状自由空間を形成する第２環状部材（５）と、
前記第１、第２部材に対して相対的に回転軸線の周囲を回転可能に環状自由空間内に収容される第３環状部材（６）と、
前記第１、第２、第３部材（１；５；６）の相対向する軸受面（８、１０；１１、１３；１４、１６）との間に形成される軸受間隙（７）内に送り込まれる軸受流体と、
前記第１、第２、第３部材の選択された相対向する軸受面上に形成されて軸受流体内部に流体動圧を発生させる圧送構造体（９；１２；１５）と、
を備えていることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
密封手段が前記圧送構造体（９、１２；４２、４３）により構成されて設けられており、前記圧送構造体は、前記軸受間隙（７）の開口末端において前記軸受部材（１；５；６）の少なくとも一つに配置され、且つ、軸受内部に向いた圧送作用を前記軸受流体に対して発生させて前記軸受間隙の開口末端の動的密封を引き起こすように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１１】
前記軸受装置は、前記第１、第３部材（１；６）の相対向する前記軸受面（８；１０）により形成される第１スラスト軸受を備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
前記第１スラスト軸受の平面において、半径方向外側に貯蔵収容部（４９）が前記第１部材（１）に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１３】
前記軸受装置は、前記第２、第３部材（５；６）の相対向する前記軸受面（１１；１３）により形成される第２スラスト軸受を備えていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
前記第２スラスト軸受の平面において、半径方向外側に貯蔵収容部（５０）が前記第２部材（５）に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１５】
前記軸受間隙（７）は、両方の前記スラスト軸受の領域において、前記第３部材に設けられる一つ又は複数の再循環通路（４１）により相互に連通されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１６】
前記スラスト軸受は、回転軸線方向において半径方向内向きの圧送作用を主として発生させる前記圧送構造体（９；１２）を有することを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１７】
前記軸受装置は、前記第１、第３部材（１；６）の相対向する前記軸受面（１４；１６）により形成される少なくとも一つのラジアル軸受を備えていることを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１８】
前記ラジアル軸受は、前記ラジアル軸受の中心に向いた圧送作用を発生させる前記圧送構造体を有することを特徴とする請求項１７に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１９】
両方の前記スラスト軸受の圧送作用は、前記ラジアル軸受の方向において正反対を向いていることを特徴とする請求項１３乃至１６に従属する請求項１７、又は、請求項１３乃至１６に従属する請求項１７に従属する請求項１８のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２０】
前記軸受装置は、スピンドルモータの構成要素であり、前記第３部材（４４）は、前記スピンドルモータのロータ（４５）の少なくとも一部を構成することを特徴とする請求項９乃至１９のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２１】
前記軸受装置は、支持体の前記第１及び／又は第２部材に固定可能であることを特徴とする請求項９乃至２０のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２２】
貯蔵収容部（１８）が、前記第１部材（１）の円板状部分（２）の外径部に配置されていることを特徴とする請求項９乃至２１のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２３】
貯蔵収容部（１９）が、前記第２部材（５）の外径部に配置されていることを特徴とする請求項９乃至２１のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２４】
前記貯蔵収容部（１８；１９；４９；５０）は、当該部材の環状又は円錐状切欠き部により形成されていることを特徴とする請求項１２，２２又は２３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置を備えていることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２６】
請求項２５に記載のスピンドルモータを備えていることを特徴とする記憶ディスク駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−９７８９４（Ｐ２００６−９７８９４Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７３８１９（Ｐ２００５−２７３８１９）
【出願日】平成１７年９月２１日（２００５．９．２１）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２１日（２００５．９．２１）
【出願人】（０００１１４２１５）ミネベア株式会社 (846)
【Ｆターム（参考）】
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