CN102072254B - 动压轴承和使用该动压轴承的主轴电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供动压轴承和使用该动压轴承的主轴电机。该动压轴承具有能够缩短轴向长度并容易注入润滑油的构造。本发明的动压轴承在内部设有连通孔并设有至少一个锥形封口，其中，设锥形封口的开口角大于等于30度且小于180度，使得连通孔的一端部处油从左右浸透的距离的合计大于连通孔的内径，设锥形封口的壁面长度W₁至少为0.3mm。本发明的动压轴承能够使油容易地浸透到轴承内。

Description

动压轴承和使用该动压轴承的主轴电机

技术领域

本发明涉及动压轴承和使用该动压轴承的主轴电机。进而，本发明涉及使用主轴电机的信息记录装置。

背景技术

硬盘驱动器(Hard Disk Drive，以下简称为HDD)要求小型化、大容量化、高转速化。为了实现该要求，代替现有的滚珠轴承，使用动压轴承作为轴承机构。在该动压轴承中，在轴部表面或轴承面的至少一方形成所谓的人字形状的动压产生槽列。而且，轴部与轴承面之间具有规定的微小间隙，在该微小间隙中注入油等的润滑流体。

使用该动压轴承的HDD也进一步要求小型化，对于动压轴承，特别要求缩短轴向长度。

关于流体动压轴承，例如在日本特开2000-014079号公报、日本特开2005-155689号公报、日本特开2009-133361号公报、日本特开2009-136143号公报中有所公开。

发明内容

本发明的要点在于，在内部设有连通孔并设有至少一个锥形封口(taper seal)的动压轴承。在动压轴承中，设锥形封口的开口角大于等于30度且小于180度，使得油从连通孔一端部的左右浸透的距离的合计大于连通孔的内径，设锥形封口的壁面长度W₁至少为0.3mm。

根据本发明的第1方面，动压轴承具有：轴，其沿着上下延伸的中心轴配置；以及套筒部，其支承所述轴的周围。

在轴与套筒部之间设有微小间隙，在轴的外周面和套筒部的内周面的至少一方设有径向动压槽列。并且，在套筒部中设有连通微小间隙的连通孔，在微小间隙和连通孔中存在润滑油。与微小间隙相连地设置有至少一个锥形封口。

设与连通孔内切的最大假想圆的内径为S。设锥形封口中能注入油的锥形封口的油与壁面的接触角为β₁，连通孔附近的油与壁面的接触角为β₂。设锥形封口的开口角为2×θ_s1，由连通孔的壁面和与连通孔的一端部相对的壁面形成的角度为2×θ_s2。设锥形封口的高度为D₁，油浸透到连通孔的端部壁面的距离为q₂。

锥形封口的开口角2×θ_s1大于等于30度且小于180度，油浸透距离q₂为，

$q_2=\frac{D_1\·\tan {\mathrm{\θs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_2+{\mathrm{\β}}_2)}{\sin {\mathrm{\θs}}_2\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(7\right)$

满足S＜2q₂，锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm。

根据本发明，能够提供动压轴承和使用该动压轴承的主轴电机，该动压轴承具有能缩短轴向长度并容易注入润滑油的构造。

通过下面对本发明的优选实施方式进行的详细说明，参照附图，可以更加清楚地理解本发明的上述及其它特点、要素、步骤、特征和优点。

附图说明

图1A～图1C是概念性地示出油界面的平衡的图。

图2是概念性地示出锥形封口中的油界面的平衡的图。

图3是注油口附近的剖面图。

图4是能够应用本发明的轴固定型动压轴承的局部剖面图。

图5A和图5B分别是连通孔的纵剖面图。

图6是注油口侧的锥形封口附近的剖面图。

图7是连通孔附近的剖面图。

图8是连通孔附近的剖面图。

图9是注油口侧的锥形封口附近的剖面图。

图10是盘片驱动装置的剖面图。

图11是注油口侧的锥形封口附近的剖面图。

图12是能够应用本发明的轴旋转型动压轴承的剖面图。

图13A和图13B分别是注油口侧的锥形封口附近的剖面图。

图14A～图14G是注油口侧的各种锥形封口附近的剖面图。

图15A～图15D是连通孔附近的横截面图。

具体实施方式

下面，参照附图使用研究准备工作来说明得到本发明的过程。

首先，在一般的动压轴承中，多数情况下锥形封口的开口角小于等于20度。通过减小开口角，可主要列举出2个效果。

(1)使锥形封口的油界面的宽度变窄，在产生冲击等时能够使油难以漏出。

(2)加长锥形封口，能够延长油蒸发的期间。

另一方面，减小锥形封口的开口角时，考虑以下2个情况。

(1)锥形封口变长，由此，需要用于形成锥形封口的空间，结果，动压轴承变厚。

(2)锥形封口的开口是油的注入口。减小开口角时，注入口变小，所以，在注入油时，油难以浸透到轴承内。

油难以浸透到轴承内的原因是，受到注油口侧的油界面和向轴承内侧进行浸透的油的油界面的表面张力的影响。

图1A、图1B、图1C分别示意地示出从锥形封口60向轴承内侧注入油50时的油界面的平衡。在这些示意图中，左侧为注油口侧，右侧为轴承内侧，在注油口侧形成油界面51，在轴承内侧的开口26形成油界面52。

一般在可以忽略重力影响的情况下，在注油口侧和轴承内侧的曲率半径相等时，油界面平衡。另外，在本发明的动压轴承中，表面张力占主导地位，可以忽略重力影响。下面，忽略重力影响来进行研究。

如图1A那样，设注油口侧的锥形封口60的开口角α₂为10度，在轴承内侧浸透的油前端部的开口角γ₂为30度，油与壁面的接触角为10度，间隙j₂为0.3mm，贮油长度k₂为1.0mm时，轴承内侧的油前端部的界面宽度i₂为0.447mm。

如图1B那样，设锥形封口60的开口角α₃为30度，间隙j₃为0.3mm，贮油长度k₃为1.0mm时，轴承内侧的油前端部的界面宽度i₃为0.846mm。

如图1C那样，设锥形封口60的开口角α₄为60度，间隙j₄为0.3mm，贮油长度k₄为1.0mm时，轴承内侧的油前端部的界面宽度i₄为1.776mm。

如上所述，在图1A、图1B、图1C中，注油口侧的锥形封口的开口角越大，能够浸透的轴承内侧的油前端部的界面宽度越大，即使在较大的间隙中也容易浸透油。

接着，说明在利用具有2个锥形封口的管状构造、一个开口角大而另一个开口角小的情况下，在节省空间、耐冲击性、蒸发寿命方面有利的理由。

图2是示意地示出2个锥形封口中第1锥形封口61的开口角大、第2锥形封口62的开口角小的管状构造的图。如图2所示，第1锥形封口61与第2锥形封口62的开口角存在差异。该情况下，由于表面张力的关系，第1锥形封口61的油缓冲高度A低于第2锥形封口62的油缓冲高度B。

另外，在本发明中，油缓冲高度被定义为，锥形封口壁面的假想延长线的交点、与该假想延长线的角的二等分线和油界面的交点之间的距离。

并且，锥形封口的开口角是如下角度：在包含旋转轴的剖面上，作为与锥形封口的两个壁面相切的内切圆的、直径最大的内切圆所相切的切点处，两个壁面所成的角度。根据该定义，在剖面上的锥形封口的壁面为直线的情况下，这些直线所成的角为锥形封口的开口角。如图14A、14B、14C、14D所例示的那样，即使锥形封口的壁面不是单纯的直线，而在折曲的情况下或曲线的情况下，也可以通过上述定义来确定开口角。这样，在2个锥形封口的开口角中设置差异的情况下，第1锥形封口61的油界面宽度a与第2锥形封口62的油界面宽度b的大小关系为a＜b。因此，油界面宽度a变窄，由第1锥形封口61保持的油量减少，所以，得到以下3个效果。

(1)即使施加冲击，也能够防止油的飞溅。

(2)油界面的面积变小，所以抑制了油的蒸发量。

(3)油缓冲高度A较低，所以能够减小与锥形封口部有关的必要空间。

在本发明的动压轴承中，具有即使在注油口侧的锥形封口高度较低的情况下也能够容易地注入油的特征。下面，使用计算式参照附图来说明其详细情况。

图3是示意地示出一般的注油时的状况的图。当注油口侧的锥形封口60的长度变短时，其体积减小。在从针管53注入油50时，在油50不容易浸透到轴承内部的情况下，如图3所示，需要在锥形封口60的上部另行设置用于贮存油的空间54。

在无法确保这种空间的情况下，为了不使油溢出，需要长时间注入油或者分多次注入油。因此，注油花费时间。在油能够容易地浸透到轴承内的情况下，不需要贮存油的空间，能够在短时间内注入油。即，在希望缩短动压轴承的轴向长度的情况下，使油容易地浸透到轴承内是非常重要的。

图4是能够应用本发明的轴固定型动压轴承20的局部剖面图。在该动压轴承20中，为了使从作为注入口的锥形封口61注入的油50容易地浸透到轴承内，需要使油浸透到设置在轴承内的连通孔70中。这是因为，与径向动压部21a、21b的微小间隙相比，连通孔70的内径充分大，所以，与径向动压部21a、21b的微小间隙相比，油50更容易浸透到连通孔70。因此，如果对条件进行整理以使油50容易浸透到连通孔70，则其成为油50容易浸透到轴承20内的全体。为了使油50容易浸透到连通孔70，需要满足某些条件。下面，对该条件进行研究。

图5A示出在图4所示的动压轴承20中、在注油时油50开始浸透到连通孔70的一端部的状态。图中，在实线所示的油界面55的位置，保持平衡。在油界面未到达中心线91的位置、即虚线56的状态下，油50继续停留在实线所示的油界面55的位置，未浸透到连通孔70中。

为了使油50浸透到连通孔70中，需要使油界面到达虚线56的位置。如果油界面到达虚线56的位置，来自连通孔70周围的油界面连接为环状，则油50浸透到连通孔70中，成为图5B的状态。此时，由于认为连通孔内的开口角为0度，所以根据油界面的平衡关系，油50容易向连通孔70的另一端部浸透。如果油50浸透到连通孔70的另一端部，则与从几μm间隙的径向动压部21a、21b和推力动压部22浸透来的油50合流，油50充满整个动压轴承20(参照图4)。

因此，为了使油容易地浸透到轴承内，只要做出使油界面超过图5A的虚线56的位置进行浸透的状态即可。

为了调查油容易地浸透到轴承内的条件，对油界面形状进行几何建模来进行研究。作为前提，设油装满到注油口侧的锥形封口的上部，对此时的注油口侧与连通孔侧之间的油界面的平衡位置处的油界面形状进行建模。这里，以上述状态为前提的理由是，该状态下油最容易浸透。

图6示出图4中的注油口侧的油界面的几何模型，图7示出连通孔侧的油界面的几何模型。

一般地，在油充满轴对称的管状构造且可以忽略重力影响的情况下，在管状构造内的油的两端部处界面的曲率半径相等时，各个油界面平衡，处于平衡状态。这里，对上述可忽略重力影响的情况进行研究。忽略重力影响时，关于图6和图7中的油界面的平衡，设各个曲率半径相等，如式(1)那样示出。

$\frac{{\mathrm{hs}}_1}{\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}=\frac{{\mathrm{hs}}_2}{\cos ({\mathrm{\θs}}_2+{\mathrm{\β}}_2)}=(R_1=R_2)---\left(1\right)$

hs₁、hs₂：油界面宽度的1/2，R₁、R₂：油界面的曲率半径，

θs₁：锥形封口的开口角的1/2，β₁、β₂：油与壁面的接触角。

这里，总结油浸透连通孔的端部壁面的距离(油浸透距离)q₂时，得出式(2)。其中，该距离q₂是从连通孔的端部与连通孔的壁面的交点到油界面的前端为止的距离。

$q_2=\frac{{\mathrm{hs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_2+{\mathrm{\β}}_2)}{\sin {\mathrm{\θs}}_2\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(2\right)$

q₂：油浸透到连通孔的端部壁面的距离，hs₁：油界面宽度的1/2，

θs₂：连通孔内的开口角的1/2，θs₁：锥形封口的开口角的1/2，

β₁、β₂：油与壁面的接触角。

在连通孔相对于形成在径向上扩展的微小间隙的面而倾斜设置的情况下，也同样能够如图8那样进行建模。根据油界面的平衡，油浸透的距离(油浸透距离)q₂₁、q₂₂分别如以下的式(3)、式(4)所示。

$q_{21}=\frac{{\mathrm{hs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_{21}+{\mathrm{\β}}_{21})}{\sin {\mathrm{\θs}}_{21}\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(3\right)$

q₂₁：油浸透到连通孔的端部壁面的距离，hs₁：油界面宽度的1/2，

θs₂₁：连通孔内的开口角的1/2，β₂₁、β₁：油与壁面的接触角，

θs₁：锥形封口的开口角的1/2。

$q_{22}=\frac{{\mathrm{hs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_{22}+{\mathrm{\β}}_{22})}{\sin {\mathrm{\θs}}_{22}\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(4\right)$

q₂₂：油浸透到连通孔的端部壁面的距离，hs₁：油界面宽度的1/2，

θs₂₂：连通孔内的开口角的1/2，β₂₂、β₁：油与壁面的接触角，

θs₁：锥形封口的开口角的1/2。

这里，关于油容易浸透到轴承内的条件，使用连通孔的内径S或S’，分别如以下的式(5)、式(6)所示。另外，设连通孔的倾斜角为T时，利用S/cosT来计算S’。

S＜2q₂                                        (5)

S＜2q₂    (S′＝S/cosT)                       (6)

下面说明在图6、图7、图8中使用的标号。

R₂₁、R₂₂：油界面的曲率半径，D₁：锥形封口高度，

d₂、d₂₁、d₂₂：连通孔的油界面高度，T：连通孔相对于形成在径向上扩展的微小间隙的面的倾斜角。

其中，锥形封口高度是油充满到锥形封口最上部时的油界面高度。

式(5)和式(6)取决于注油口侧的油界面宽度(2×hs₁)、注油口侧的锥形封口的开口角(2×θs₁)、油与壁面的接触角(β₁、β₂、(β₂₁、β₂₂))、连通孔侧的开口角(2×θs₂、(2×θs₂₁、2×θs₂₂))、连通孔的内径S、连通孔的斜率T。

并且，油界面宽度(2×hs₁)可以根据锥形封口高度D₁和开口角来计算。因此，换言之，式(5)和式(6)取决于注油口侧的锥形封口高度D₁、锥形封口的开口角(2×θs₁)、油与壁面的接触角(β₁、β₂、(β₂₁、β₂₂))、连通孔侧的开口角(2×θs₂、(2×θs₂₁、2×θs₂₂))、连通孔的内径S、连通孔的斜率T。

因此，改写式(2)、式(3)、式(4)时，分别成为式(7)、式(8)、式(9)。

$q_2=\frac{D_1\·\tan {\mathrm{\θs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_2+{\mathrm{\β}}_2)}{\sin {\mathrm{\θs}}_2\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(7\right)$

$q_{21}=\frac{D_1\·\tan {\mathrm{\θs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_{21}+{\mathrm{\β}}_{21})}{\sin {\mathrm{\θs}}_{21}\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(8\right)$

$q_{22}=\frac{D_1\·\tan {\mathrm{\θs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_{22}+{\mathrm{\β}}_{22})}{\sin {\mathrm{\θs}}_{22}\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}---\left(9\right)$

根据以上的研究可知，如果代入了式(7)的式(5)、或者代入了式(8)和式(9)的式(6)成立，则容易使油浸透到轴承内。

下面，研究在式(5)或式(6)成立的条件下，油容易浸透到轴承内的情况下的注油口侧的锥形封口的开口角的阈值与连通孔的内径之间的关系。

首先，设油与壁面的接触角为10度(β₁＝β₂＝β₂₁＝β₂₂)，分别研究连通孔相对于在径向上扩展的微小间隙垂直设置的情况、以及连通孔相对于形成在径向上扩展的微小间隙的面倾斜(T＝30度)设置的情况。

这里，在使连通孔的内径S变化为0.45、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0[mm]、使锥形封口高度D₁变化为0.4、0.6、0.8、1.0[mm]的情况下，分别求出作为满足式(5)和式(6)的阈值的锥形封口开口角。表1A示出相对于形成在径向上扩展的微小间隙的面垂直设置连通孔的情况的结果。并且，表1B示出倾斜(T＝30度)地设置同样的连通孔的情况的结果。

[表1A]

[表1B]

首先，根据表1A的结果可知，当连通孔的内径S增大时，所需的锥形封口开口角增大。另一方面，当锥形封口高度D₁增大时，所需的锥形封口开口角减小。还可知，如果锥形封口开口角为30度，则存在油容易浸透到轴承内的条件。具体而言，锥形封口高度D₁为1.0mm，连通孔的内径S为0.45mm。

对表1A和表1B所示的结果进行比较时，可知以下内容。即，在相对于形成在径向上扩展的微小间隙的面垂直设置连通孔的情况、以及倾斜(T＝30度)地设置同样的连通孔的情况下，锥形封口中的开口角的阈值之差为1度左右。即，可知连通孔的斜率几乎不会影响到锥形封口开口角的阈值。

因此，下面仅研究相对于形成在径向上扩展的微小间隙的面垂直设置连通孔的情况。

进而，针对改变油与壁面的接触角(β₁＝β₂)的情况，对油容易浸透到轴承内的注油口侧的锥形封口开口角的阈值与连通孔内径之间的关系进行研究。

这里，在使连通孔的内径S变化为0.45、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0[mm]、使锥形封口高度D₁变化为0.4、0.6、0.8、1.0[mm]的情况下，分别求出作为满足式(5)的阈值的锥形封口开口角。使油与壁面的接触角变化为0度、5度、20度。表2A示出设接触角为0度时的结果，表2B示出设接触角为5度时的结果，表2C示出设接触角为20度时的结果。

[表2A]

(β₁＝β₂＝0[度])

[表2B]

(β₁＝β₂＝5[度])

[表2C]

(β1＝β2＝20[度])

根据以上的结果可知，即使油与壁面的接触角变化，油容易浸透到轴承内的条件也没有太大差异。

并且，在本发明的动压轴承中使用的油与壁面的接触角一般为10度左右，所以，可以设式(7)中的油与壁面的接触角β₁、β₂为10度，来计算油浸透距离q₂。另外，在由对象材料构成的平板上滴下规定量的油，从侧面对其进行观察，对油和空气的边界与平板相交的位置处的角度进行测定，可以求出油的接触角。另外，油的规定量可设为油本身不会由于重力影响、由于重量的自重而变形的程度的量、即可忽略重力影响的量。

以上对注油口侧的锥形封口开口角进行了总结。从油容易浸透到轴承内的观点来看，优选使注油口侧的锥形封口开口角较大。该角度还取决于连通孔的内径S、锥形封口高度D₁、油与壁面的接触角等的条件，但是，如果该角度大于等于30度，则能够使油容易浸透到轴承内。进而，优选锥形封口的开口角大于等于40度，更加优选大于等于50度，进一步优选大于等于60度。

另一方面，当锥形封口的开口角过大时，无法构成锥形封口，锥形封口上部的开口宽度2hs₁与锥形封口高度D₁相比过大，所以不优选。因此，锥形封口的开口角小于180度，进而，由于动压轴承的构造上的限制，优选为小于等于160度，更加优选小于等于140度。进而，锥形封口的开口角也可以小于等于120度、小于等于100度、小于等于90度。

但是，有时对锥形封口的角部实施倒角。本发明的动压轴承与仅对注入油的锥形封口的角度实施了倒角的动压轴承不同。倒角宽度一般为0.2mm左右。

在本发明的动压轴承中，根据注油量与每单位时间油往轴承内的浸透量之间的关系，需要在一定程度上确保锥形封口中的空间的体积。在本发明的动压轴承中，优选使用40℃时的动态粘度为60mm²/s以下的油。这种油的动态粘度小。这样，对于粘度小的油，有时难以将其供给速度控制得较慢。在这种情况下，由于锥形封口长度W₁变短时，满足式(5)的时间也变短，所以在油浸透前可能会从锥形封口空间溢出。因此，锥形封口壁面长度W₁可最低确保0.3mm左右。

如图9所示，锥形封口壁面长度W₁是锥形封口壁面在锥形封口高度D₁的方向上存在的范围。

并且，对于本发明的动压轴承，由于可以使油容易地浸透到轴承内，所以不需要油贮存的空间54。因此，锥形封口的体积可以小于注入到动压轴承内的油体积。

根据以上的研究，为了在注油时使油容易地浸透到轴承内，以式(5)等成立的方式进行设计、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm即可。

另外，由于动压轴承的构造上的限制，优选锥形封口壁面长度W₁的上限值小于等于5mm，更加优选小于等于3mm。

在锥形封口高度D₁小于等于1.0mm时，本发明的效果显著。并且，如果满足代入式(7)而得到的式(5)，则油容易浸透，所以，在连通孔的内径大于等于比较大的0.45mm的情况下，本发明的效果显著。

因此，考虑锥形封口高度D₁小于等于1.0mm的情况、且连通孔的内径S大于等于0.45mm的情况。此时，如果注油口侧的锥形封口的开口角大于等于30度且小于180度、并且能够满足式(5)的条件，则能够容易地注入油。如上所述，根据连通孔内径S、油与壁面的接触角(β₁、β₂、β₂₁、β₂₂)、锥形封口高度D₁以及锥形封口的开口角(2×θs₁)，来求出具体的注油口侧的开口角的阈值。

至此，研究了可忽略重力影响的情况。另一方面，即使在无法忽略重力影响的情况下、即油的自重造成影响的情况下，如果连通孔的上端部位于注油口侧的锥形封口的下方、满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm，则能够容易地使油浸透到轴承内。

这里，关于注油口侧的锥形封口与连通孔的上端部之间的上下关系，以注油时的轴承的姿势为基准，根据重力方向来定义。

下面，参照附图说明本发明的示例性实施方式。另外，下面，设沿着中心轴9的方向为上下方向，来说明各部件和位置关系。

但是，这只不过是为了便于说明而定义了上下方向，不对本发明的轴承装置、主轴电机以及盘片驱动装置搭载于实际设备时的设置姿势进行限定。

返回图4。图4是示出本发明的一个实施方式的轴承装置20的结构的图。如图4所示，轴承装置20具有：静止轴31，其沿着上下延伸的中心轴配置；以及旋转套筒部41，其支承轴的周围。在静止轴31上安装有推力垫圈32和推力杯33。在旋转套筒部41的内部设有连通孔70，旋转套筒部41具有其外周部延伸出的旋转部42。

在静止轴31与旋转套筒部41之间设有微小间隙。在静止轴31的外周面设有径向动压槽列，与旋转套筒部41的内周面一起构成径向动压部21a、21b。在旋转套筒部41的上表面与推力垫圈32的下表面之间、以及旋转套筒部41的下表面与推力杯33的上表面之间，分别构成上下的推力动压部22。在微小间隙和旋转套筒部41的连通孔70中注入润滑油50。轴承装置20借助于润滑油50，可旋转地支承旋转套筒部41。

该轴承装置20为轴固定型，由静止轴31、推力垫圈32和推力杯33构成静止部件30。而且，由旋转套筒部41和其外周部延伸出的旋转部42构成旋转部件40。

图9是对第1锥形封口61周边进行放大的剖面图。与上侧的推力动压部22a连接设置的第1锥形封口61设在推力垫圈32的外侧面与旋转部42的内侧面之间。推力垫圈32在其外侧面的上部具有倾斜面。旋转部42在其内侧面的上部具有倾斜面。第1锥形封口61由这两个倾斜面构成。润滑油50的上液面位于第1锥形封口61中。

返回图4，推力杯33具有内侧面。旋转部件40在旋转套筒部41的下部的外侧面具有倾斜面。与下侧的推力动压部相连设置的第2锥形封口62由推力杯33的内侧面和旋转套筒部41的倾斜面构成。润滑油的下液面位于第2锥形封口62中。另外，在径向动压部21a、21b中，径向动压槽列也可以设在旋转套筒部41的内周面。

在旋转套筒部41中设有连通孔70。连通孔70的上端部在与由推力垫圈32的下表面和旋转套筒部41的上表面构成的上部推力动压部22a连接的间隙中开口。连通孔70的下端部在与由推力杯33的上表面和旋转套筒部41的下表面构成的下部推力动压部22b连接的间隙中开口。

在轴承装置20中，在第1锥形封口61和第2锥形封口62中，使第1锥形封口61的开口角大于第2锥形封口62的开口角。这样，当第1锥形封口61的开口角更大时，第1锥形封口61的油缓冲高度小于第2锥形封口62的油缓冲高度，能够减小第1锥形封口61的尺寸。并且，还能够减小位于第1锥形封口61内的油界面的宽度，所以，能够有效地抑制油50的蒸发。进而，从外部对轴承装置20施加冲击时，能够抑制油50从第1锥形封口61飞溅。

根据上述的预备研究，成为图9所示的第1锥形封口61的开口角为60度以使式(5)成立、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm的结构。由此，即使第1锥形封口61的高度变低，也能够容易地进行注油。其结果，得到轴向长度较短的动压轴承。因此，能够减薄主轴电机的厚度，进而，能够实现厚度较薄的盘片驱动装置。

说明本发明的更加具体的实施方式。

图10是盘片驱动装置1的剖面图。盘片驱动装置1是使磁盘14旋转、并针对盘片14进行信息的读出和/或写入的装置。盘片驱动装置1具有装置壳体11、磁盘14、存取部15和主轴电机10。该主轴电机10具有本发明的动压轴承20。

装置壳体11是在内部收纳磁盘14、存取部15和主轴电机10的框体。存取部15使磁头15a沿着支承在主轴电机10上的磁盘14的记录面移动，来进行针对磁盘14的信息的读出和/或写入。

主轴电机10具有：固定在装置壳体11的静止部件30、以及支承磁盘14并以中心轴9为中心进行旋转的旋转部件40。

主轴电机10的静止部件30具有：静止轴31、推力垫圈32、推力杯33和定子单元34。静止轴31利用螺栓16与盖部12紧固。

定子单元34具有定子铁芯342和多个线圈341。定子单元34根据对线圈341施加的驱动电流而产生磁通。定子铁芯342固定在保持架部的外周面。定子铁芯342例如是通过对电磁钢板进行冲裁并在轴向层叠而得到的。线圈341由卷绕在定子铁芯342上的导线构成。

旋转部件40具有旋转套筒部41、旋转部42和转子磁铁44。在旋转部的外周设有盘片载置部43。

图11是推力垫圈32附近的纵剖面图。如图11所示，推力垫圈32具有沿着径向外侧延伸的平板部321、以及从平板部321的外缘部向下方突出的环状的突出部322。

并且，图11所示的第1锥形封口中的hs₁、θs₁、D₁、W₁分别如图所示那样定义。

在旋转套筒部41的上表面设有与突出部322的形状对应的环状的凹部411。突出部322在插入凹部411的状态下被固定。在径向上与突出部322的外周面相对的凹部411的内侧面设有使润滑油50产生动压的泵送槽列。在旋转套筒部41相对于静止轴31旋转时，由泵送槽列向下对润滑油50进行加压。由此，抑制了润滑油50的漏出。另外，泵送槽列也可以设在突出部322的外侧面。

在实施方式中，在推力垫圈32上设置向下侧延伸的突出部322，在突出部322的外侧面设置泵送槽列，由突出部322的外侧面和与其相对的凹部411的内侧面构成泵送封口24。即，在该实施方式中，通过使与径向动压部21a、21b连接的间隙折返2次，由此，径向动压部21a和泵送封口24在与中心轴9垂直的方向上重叠。其结果，能够缩短主轴电机10的轴向长度，所以，能够减薄主轴电机10。

另外，作为润滑油50，例如使用多元醇酯系油或二酯系油等以酯作为主成分的油。

在旋转套筒部41的上表面和下表面设有使润滑油50产生动压的推力动压槽列。而且，由推力垫圈32的下表面和与其相对的旋转套筒部41的上表面构成上部推力动压部22a。并且，由推力杯33的上表面和与其相对的旋转套筒部41的下表面构成下部推力动压部22b。旋转部件40通过由这些推力动压部产生的动压，在轴向上被支承且进行旋转。另外，这些推力动压槽列也可以设在推力垫圈32的下表面或推力杯33的上表面。

在盘片驱动装置1中，使推力垫圈32的上表面与盖部件12的背面接触。由此，即使对主轴电机10施加来自外部的冲击，从旋转套筒部41对推力垫圈32施加朝轴向上方的力，推力垫圈32也支承在盖部件12上。其结果，限制了推力垫圈32的高度位置，所以，能够有效地抑制推力垫圈32从静止轴31脱落。

以上，作为能够应用本发明的动压轴承，使用轴固定型的动压轴承进行了说明。但是不限于此，本发明也能够应用于轴旋转型的动压轴承。

图12是示出能够应用本发明的轴旋转型的动压轴承的剖面图。

动压轴承20a具有：旋转轴35，其沿着上下延伸的中心轴配置；以及静止套筒部45，其支承该旋转轴35的周围。在旋转轴35的下端部设有用于构成推力动压部22的凸缘部36。静止套筒部45的底部被底板451封闭。在旋转轴35与静止套筒部45之间设有微小间隙，在旋转轴35的外周面设有径向动压槽列。在凸缘部36的上表面和下表面设有推力动压槽列。凸缘部36的上表面与静止套筒部45的下表面构成推力动压部22a，凸缘部36的下表面与底板451的上表面构成推力动压部22b。在静止套筒部45中设有连通微小间隙的连通孔70，在微小间隙和连通孔70中存在有润滑油50。利用这种构造，由静止套筒部45可旋转地支承旋转轴35。进而，连着微小间隙设有一个锥形封口61。

在动压轴承20a中，也是如果锥形封口61的开口角大于等于30度且小于180度、满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm，则能够容易地注入油。这样，本发明能够应用于轴旋转型的动压轴承。

根据图12所示的动压轴承20a的构造可知，在本发明中，锥形封口至少设置一个即可。

图13A、图13B是示出另一实施方式中的注油口附近的剖面图。在图13A、图13B所示的锥形封口的情况下，如果满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm，则能够容易地注入油。

并且，图示的锥形封口中的hs₁、θs₁、D₁、W₁分别如图所示那样定义。

图14A是示出另一实施方式的注油口附近的剖面图。在该实施方式中，如图所示，锥形封口61a构成为2个阶段，中心侧的锥形封口壁面611的锥形封口开口角(2×θs₁₁)大于外侧的锥形封口壁面612的锥形封口开口角2×θs₁₂。该实施方式的情况下，如果锥形封口开口角(2×θs₁₁)和D₁₁的组合满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁₁大于等于0.3mm，或者，锥形封口开口角(2×θs₁₂)和D₁₂的组合满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁₂至少为0.3mm，则能够容易地注入油。

另外，关于油浸透距离q₂，将θs₁₁、θs₁₂改写为θs₁，将D₁₁、D₁₂改写为D₁，将W₁₁、W₁₂改写为W₁来进行计算，计算式(5)即可。以下所示的实施方式也同样。

进而，图示的锥形封口中的hs₁₁、θs₁₁、D₁₁、W₁₁以及hs₁₂、θs₁₂、D₁₂、W₁₂分别如图所示那样定义。以下所示的实施方式也同样。

图14B是示出另一实施方式的注油口附近的剖面图。在该实施方式中，如图所示，锥形封口61b为2个阶段，中心侧的锥形封口壁面613的锥形封口开口角2×θs₁₁小于外侧的锥形封口壁面614的锥形封口开口角(2×θs₁₂)。该实施方式的情况下，如果锥形封口开口角2×θs₁₁和D₁₁的组合满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁₁至少为0.3mm，或者，锥形封口开口角(2×θs₁₂)和D₁₂的组合满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁₂至少为0.3mm，则能够容易地注入油。

图14C、图14D是示出其他实施方式的注油口附近的剖面图。如图所示，在这两个实施方式中，锥形封口61c(61d)的壁面为曲面形状。该方式的情况下，在锥形封口壁面的任意位置引切线，求出锥形封口开口角(2×θs₁₁)和锥形封口高度D₁₁、锥形封口开口角(2×θs₁₂)和锥形封口高度D₁₂。而且，如果任意切线中的一个部位满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁₁、W₁₂至少为0.3mm，则能够容易地注入油。

并且，在图14C、图14D中，作图示出了D₁₁、D₁₂、θs₁₁、θs₁₂，但不限于图示的位置，只要能够对锥形封口壁面引切线来作图，则该位置可任意确定。

图14E是示出另一实施方式的注油口附近的纵剖面图。在图示的实施方式中，在锥形封口61e的壁面涂覆疏油剂来形成疏油膜63，增大油与锥形封口壁面的接触角。在该实施方式的情况下，如果锥形封口开口角(2×θs₁)、锥形封口高度D₁以及油与锥形封口壁面的接触角β₁满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm，则能够容易地注入油。另外，可例示全氟烷基聚醚(パ一フルオロアルキルポリエ一テル)等作为疏油剂。

图14F是示出另一实施方式的注油口附近的纵剖面图。在图示的实施方式中，在锥形封口61f的壁面具有由疏油性材料形成的部件64，增大油与具有疏油性的部件的接触角。在该方式的情况下，如果锥形封口开口角(2×θs₁)、锥形封口高度D₁以及油与锥形封口壁面的接触角β₁满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm，则能够容易地注入油。另外，作为疏油性材料，例如可例示氟系树脂等。

图14G是示出另一实施方式的注油口附近的剖面图。如图所示，该实施方式是上述图14B和图14D的组合。在该实施方式的情况下，在任意位置上锥形封口开口角(2×θs₁)、锥形封口高度D₁以及油与锥形封口壁面的接触角β₁满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm即可。任意位置例如是图14G示出的θs₁₁和D₁₁、或θs₁₂和D₁₂等。图14G作图示出θs₁₁和D₁₁、以及θs₁₂和D₁₂，但是，不限于图示的位置。

并且，上述实施方式可以自由组合。例如，可以组合图14A和图14D所示的实施方式，也可以组合图14B和图14E所示的实施方式。进而，即使不包含在上述实施方式中，只要满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁₁、W₁₂至少为0.3mm，则可以是任意组合。

如上所述，本发明的动压轴承由根据锥形封口的形状而导出的参数来定义。因此，在本发明的动压轴承中，只要锥形封口开口角2×θs₁、锥形封口高度D₁、油与锥形封口壁面的接触角β₁、连通孔的内径S满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm即可。由此，只要是满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm的动压轴承，则锥形封口的形状可以是任意形状。

图15A是放大示出另一实施方式的连通孔的形状的剖面图。如图所示，连通孔70a为椭圆形状。在该实施方式的情况下，描绘与连通孔70a的壁面内切的圆71，设该圆最大时的直径为连通孔的内径S。

图15B是放大示出另一实施方式的连通孔的形状的横截面图。如图所示，该方式的连通孔70b为多边形形状。在图15B的方式中为六边形，但边数可以是任意的。并且，不需要使边长一致，邻接的边与边的角度可以是任意的。在该实施方式的情况下，如图15B所示，描绘与连通孔的壁面内切的圆71，设该圆最大时的直径为连通孔的内径S。

图15C是放大示出另一实施方式的连通孔的形状的横截面图。如图所示，该方式的连通孔70c为复杂形状。如该实施方式那样，在连通孔不是圆、椭圆、多边形，而是复杂形状的情况下，如图15C所示，描绘与连通孔的壁面内切的圆71，设该圆最大时的直径为连通孔的内径S。

图15D是放大示出另一实施方式的连通孔的形状的横截面图。如图所示，该实施方式的连通孔70d是接合两个部件(411、412)而形成的。如该方式那样，在接合两个部件而形成的情况下，如图15D所示，描绘与连通孔的壁面内切的圆71，设该圆最大时的直径为连通孔的内径S。另外，在图15D中，利用两个部件来形成连通孔，但是，也可以利用三个以上的部件来形成连通孔。

如上所述，本发明的动压轴承由根据连通孔的形状而导出的参数来定义。因此，只要满足式(5)、且锥形封口壁面长度W₁至少为0.3mm，则连通孔的形状可以是任意形状。

以上，说明了本发明的示例性实施方式，但是，本发明不限于上述实施方式。

例如，连通孔可以如上述实施方式那样沿着中心轴延伸，也可以沿着相对于中心轴倾斜的方向延伸。并且，连通孔的上端开口部也可以在推力面开口。

本发明的动压轴承不仅能够应用于动压轴承，还能够应用于使用该动压轴承的主轴电机、以及使用主轴电机的各种信息记录装置。特别地，在磁盘驱动装置用的主轴电机中，在轴承装置的旋转特性方面要求较高性能。因此，在磁盘驱动装置用的主轴电机中，应用本发明的技术意义重大。除了上述磁盘驱动装置以外，本发明还能够应用于光盘驱动装置等的主轴电机。

只挑选了优选实施例来说明本发明。根据以上公开的内容，本领域技术人员可以在不脱离所附权利要求定义的本发明的范围内，做出各种修改和改变。并且，以上对本发明的优选实施例的描述只是为了示例，并不对本发明进行限制，本发明由所附权利要求及其等同来限定。

Claims (13)

1.一种动压轴承，其中，该动压轴承具有：

轴，其沿着上下延伸的中心轴配置；以及

套筒部，其支承所述轴的周围，

在所述轴与所述套筒部之间设有微小间隙，

在所述轴的外周面和所述套筒部的内周面的至少一方设有径向动压槽列，

在所述套筒部中设有连通所述微小间隙的连通孔，

在所述微小间隙和所述连通孔中存在润滑油，

与所述微小间隙相连设置至少一个锥形封口，

借助所述润滑油，可旋转地支承所述轴和所述套筒部，

在设与所述连通孔内切的最大假想圆的内径为S，所述锥形封口中能注入油的锥形封口的油与壁面的接触角为β₁，所述连通孔附近的油与壁面的接触角为β₂，所述锥形封口的开口角为2×θ_s1，由所述连通孔的壁面和与连通孔的一端部相对的壁面形成的角度为2×θ_s2，所述锥形封口的高度为D₁，油浸透到所述连通孔的端部壁面的距离为q₂时，所述锥形封口的开口角2×θ_s1大于等于30度且小于180度，

所述距离q₂为，

$q_2=\frac{D_1\·\tan {\mathrm{\θs}}_1\·\cos ({\mathrm{\θs}}_2+{\mathrm{\β}}_2)}{\sin {\mathrm{\θs}}_2\·\cos ({\mathrm{\θs}}_1+{\mathrm{\β}}_1)}$

满足S＜2q₂，

所述锥形封口的壁面长度W₁至少为0.3mm。

2.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的开口角2×θ_s1小于等于160度。

3.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的开口角2×θ_s1大于等于40度且小于等于90度。

4.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的壁面长度W₁小于等于5mm。

5.根据权利要求4所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的壁面长度W₁小于等于3mm。

6.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的体积小于注入到所述动压轴承内的油的体积。

7.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的高度D₁小于等于1mm。

8.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述润滑油在40℃时的动态粘度小于等于60mm²/s。

9.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

在所述锥形封口的表面上形成有疏油膜。

10.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述锥形封口的表面由疏油性材料形成。

11.根据权利要求1所述的动压轴承，其中，

所述动压轴承具有两个锥形封口，在设所述能注入油的锥形封口为第1锥形封口，另一个锥形封口为第2锥形封口时，

所述第1锥形封口的开口角(度)＞所述第2锥形封口的开口角(度)。

12.一种主轴电机，该主轴电机具有权利要求1～11中任一项所述的动压轴承。

13.一种信息记录装置，该信息记录装置具有权利要求12所述的主轴电机。

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