CN1226101A - 流体轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的流体轴承装置,将形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽15、16的最大压力发生部位的位置23设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板9的外径侧,可防止因在高速旋转、高温环境下产生的润滑流体的不足而导致电动机的锁定和烧伤。

Description

流体轴承装置
本发明涉及用于办公自动化设备和视听设备的流体轴承装置。
流体轴承装置被用于台式磁带录像机(VTR)和摄像一体式VTR的旋转磁头柱体、激光复印机的多边形扫描电动机、软盘装置和硬盘装置的记录媒体的旋转驱动部。
具体地说，在硬盘装置中为了增大其储存容量，或将数据传送速度高速化，用于这种记录装置的盘片旋转装置必须高精度旋转。
在该旋转主轴部上，使用了美国专利第5504637号公报公开的流体轴承装置。
其结构如图6、图7所示。
具有固定轴1和枢装在该固定轴1上的旋转轴套2。固定轴1的基端固定在下壳体3上。在旋转轴套2的外周安装有硬盘4。
形成于固定轴1与旋转轴套2之间的径向侧动压力发生部5，在固定轴1的外周面形成有动压力发生槽6。
在固定轴1的顶端，利用与该固定轴1旋合的形成外螺纹部7的延长轴8而安装着固定止推板9。
在旋转轴套2的一侧，形成有与固定止推板9对应的凹部10。该凹部10的开口部，用中心穿设比所述延长轴8的外径还大的大直径中心孔d1的旋转止推板12来封住，并用螺钉13卡止在旋转轴套2上。
这样，形成于旋转轴套2的一侧的所述凹部10与固定止推板9及旋转止推板12之间的轴向侧动压力发生部14，在固定止推板9的上面与下面形成有动压力发生槽15、16。在该轴向侧动压力发生部14与所述径向侧动压力发生部5间充填有润滑流体。
在下壳体3的固定轴1基端部的周围配置有定子绕组17，在旋转轴套2的内周部安装有与所述定子绕组17相对的磁铁18。另外，延长轴8用螺钉20固定在上壳体19上。
如此结构的流体轴承装置，当对定子绕组17励磁时，硬盘4通过旋转轴套2而在形成于下壳体3与上壳体19之间的密封空间中作高速旋转。
通过使旋转轴套2相对固定轴1旋转，而对润滑流体进行抽吸，使旋转轴套2呈非接触旋转。
关于轴向侧动压力发生部14的动压力发生槽15、16，虽未具体记载在该美国专利第5504637号公报上，但一般性结构可在日本发明专利公开1984年第45844号公报等上看到。其设定成：如图8所示用圆周方向的人字槽22构成动压力发生用槽，使连接该人字顶点的位置23处于轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2位置。
但在上述那样的结构中，有如下那样的问题。
这种型式的流体轴承装置，由于在作极其高速旋转的同时，轴向动压力部的上部呈打开状态，故由于如下的诸因素而存在着轴向动压力部的润滑流体易泄漏的固有的缺点，即：因润滑流体在使用中温度上升和在高温环境下使用而导致的润滑流体膨胀、包含在润滑流体中的气泡(空气)因温度上升和在高温环境下使用而导致的温度膨胀以及因注入润滑流体时注射器注入量的误差而引起多量注入等因素。
本发明的目的在于，提供一种可防止因在高速旋转、高温环境下产生的润滑流体的不足而导致轴承的锁定和烧伤的流体轴承装置。
本发明的流体轴承装置，其特点是，将形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的位置设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板的外径侧。
采用本发明的该结构，可防止因在高速旋转、高温环境下产生的润滑流体的不足而导致电动机的锁定和烧伤。
技术方案1的流体轴承装置，是在至少固定一方端部的固定轴与旋转自如地枢装在该固定轴上的旋转轴套之间对润滑流体进行抽吸并作非接触旋转的流体轴承装置，其特点在于，在固定轴的一侧设置固定止推板，在旋转轴套的一侧设置由所述固定止推板的下面与上面以及沿着将所述下面与上面连接的外周面的相对面而构成的凹部，在由所述固定轴的外周面与所述旋转轴套的中心孔的内周面所形成的径向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，在由所述固定止推板和所述旋转轴套的凹部的内周面与所述固定止推板的相对面所形成的轴向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，在所述径向侧动压力发生部及所述轴向侧动压力发生部充填润滑流体，将形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的位置设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板的外径侧。
技术方案2的流体轴承装置，其特点是，在技术方案1中，在将轴向侧动压力发生部中的旋转轴向侧的有效内径设为d1、固定止推板的外径设为d2、形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的直径设为d3的场合，设定成d22-d32≈d32-d12。
技术方案3的流体轴承装置，其特点是，在技术方案1中，用圆周方向的人字槽构成轴向侧动压力发生部中的动压力发生用槽，并将连接该人字槽的顶点的位置设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板的外径侧。
技术方案4的流体轴承装置，其特点是，在技术方案1、3中，还设置：基端安装在壳体上的固定轴；旋转自如地安装在所述固定轴上、与所述固定轴的顶端对应且比所述固定轴还大的大直径的开口部形成在端部、在外周部安装有负荷的旋转轴套；用贯通孔穿设在中央的圆盘安装在所述固定轴的顶端、下面相对于旋转轴套的所述开口部的底面而外周面相对于所述开口部的内周面的固定止推板；基端与所述固定轴的顶端旋合、将固定止推板卡止在所述固定轴上的延长轴；用圆盘安装在所述旋转轴套的开口部上、在穿设于中央的贯通孔中插通所述延长轴的旋转止推板，在由所述固定轴的外周面与所述旋转轴套的中心孔的内周面所形成的径向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，在由所述固定止推板和所述旋转轴套的开口部的内周面与所述固定止推板的相对面所形成的轴向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，在所述径向侧动压力发生部及所述轴向侧动压力发生部充填润滑流体，在将轴向侧动压力发生部中的旋转轴向侧的有效内径设为d1、固定止推板的外径设为d2、形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的直径设为d3、旋转轴套的所述开口部的内径设为d4的场合，设定成d2(d4-d2)＞d1((d3-d1)-(d2-d3))。
图1是本发明实施形态的剖视图。
图2是该实施形态的主要部分的放大图。
图3是该实施形态的主要部分的放大图。
图4是该实施形态的轴向方向的间隙与耐冲击的测定图。
图5是表示该实施形态的固定止推板的人字槽的俯视图与剖视图。
图6是现有流体轴承装置的剖视图。
图7是图6主要部分的放大图。
图8是表示一般固定止推板的人字槽的俯视图。
现结合图1～图5来说明本发明实施形态。
图1表示用于硬盘装置的流体轴承装置。
本流体轴承装置虽是固定轴双支承结构，但也可用于固定轴悬臂结构。
图1所示的整体结构虽与图6、图7的现有的结构基本相同，但在细部是不同的。另外，对于构成与现有例子相同的构件标上相同的符号进行说明。
图1中，固定轴1的基端用螺钉24固定在下壳体3上。在旋转轴套2的一侧，在固定轴1的顶端利用延长轴8而安装有固定止推板9。
在旋转轴套2的一侧，设置由所述固定止推板9的下面与上面以及沿着将所述下面与上面连接的外周面的相对面而构成的凹部10，在形成于固定轴1与旋转轴套2之间的径向侧动压力发生部5的一端部，形成有由固定止推板9与凹部10所形成的轴向侧动压力发生部14。径向侧动压力发生部5在固定轴1的外周面形成有动压力发生槽6。轴向侧动压力发生部14在固定止推板9的上面形成有动压力发生槽15，且在固定止推板9的下面形成有动压力发生槽16。
如图2所示，在将固定止推板9的厚度设为t、凹部10的开口部的宽度设为ΔL的情况下，将轴向侧动压力发生部14的开放端的径向方向的间隙Δd(参照图3)设定为Δd＞ΔL-t。
从径向侧动压力发生部5到轴向侧动压力发生部15之间充填了润滑流体21。使用的润滑流体是使用95％以上的酯油，剩余的5％以下的是矿物油、烯烃、碳氢化合物等。其表面张力调制成25dyn/cm(在29℃)以上。
另外，在图1中，位于径向侧动压力发生部5下端的所述旋转轴套2与固定轴的间隙，具有固定轴1的直径向基端部逐渐变细的锥部1a，与其对应的旋转轴套2的内径也形成大于径向侧动压力发生部5部分的大直径，因表面张力而未进入润滑流体的区间由该两者形成。
旋转轴套2的材质用铜合金及铝合金制成，为降低磁漏，在与磁铁18之间夹装有磁性钢板25。
由于做成如此结构，故在对定子绕组17进行励磁时，硬盘4通过旋转轴套2而在形成于下壳体3与上壳体19之间的密封环境S中作高速旋转，通过使旋转轴套2相对固定轴1进行旋转，从而对润滑流体进行抽吸，旋转轴套2呈非接触旋转。
当旋转中的处于轴向侧动压力发生部14固定止推板9的上面与旋转止推板12的下面的间隙为5μm、固定止推板9的下面和该下面与旋转轴套2的相对面的间隙为10μm时，可获得较佳的性能。其可表示为ΔL=t+15μm。
从提高轴向方向的耐冲击性能的观点出发，该间隙虽然小比较好，但从实际加工精度的可靠性出发，下限的限度是ΔL=t+10μm。另外，从作为目标值的500G耐冲击的允许范围出发，上限的限度是ΔL=t+30μm。因此，允许范围可表示为ΔL=t+10μm～30μm。
图4表示该间隙与耐冲击的测定结果。
当不提高加工精度而且在实用的范围内使作为目标值的耐冲击数值下降后，允许范围是ΔL=t+20μm～40μm。
又如图3所示，如上所述那样固定止推板9的上面与旋转止推板12的下面的间隙为5μm，将ΔL=t+15μm时的开放端的径向方向的间隙Δd设定成15μm作为因所使用的润滑流体的表面张力而未进入该润滑流体的间隙，当验证润滑流体从运转中的轴向侧动压力发生部的开放端向外部飞散时，不能确认润滑流体的飞散。径向方向的间隙Δd的允许范围是Δd＞ΔL-t。
在处于轴向侧动压力发生部14的固定止推板9的上面形成的动压力发生槽15，如图5所示由圆周方向的人字槽22构成，并将连接该人字槽22的顶点的位置23设定成比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板9的外径侧。
人字槽22的顶点连接的位置23是形成于轴向侧动压力发生部的最大压力发生部位，即，在运转中的轴向侧动压力发生部14中，在由位置23所划分的内周侧26与外周侧27表面张力相等，而润滑流体的量也在其两侧相等，并且没有从内周侧26向外周侧27流出的润滑流体，旋转轴套2的上浮量没有下降，从而可防止因在高速旋转、高温环境下产生的润滑流体的不足而导致电动机的锁定和烧伤。
该位置23可表示成如下。
如图2、图3所示，轴向侧动压力发生部的旋转轴向侧的有效内径d1，在考虑形成于固定止推板9上面的动压力发生槽15的情况下就是旋转止推板12的内径。当将固定止推板9的外径设为d2、形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的直径设为d3时，可通过将d22-d32≈d32-d12和内周侧与外周侧的面积设定得大致相等来实现。
另外，当将旋转轴套2的凹部10的开口部内径设为d4时，若设定成d2(d4-d2)＞d1((d3-d1)-(d2-d3))，则在长期运转中轴向侧动压力发生部所产生的气泡从压力均等这点看就以(d1/d2)×((d3-d1)-(d2-d3))的宽度积存在固定止推板9的外周部。此时，由于固定止推板9与旋转轴套2之间的凹部10的开口部内径宽度设置得比该气泡宽度大，故可从固定止推板9的外周供给润滑流体，从而可实现长寿命的流体轴承装置。
上述实施形态的各部分的具体数值是：
d1=2.70mm
d2=6.50mm
d3=4.98mm
d4=6.90mm
另外，在上述各实施形态中，就固定止推板9的上面的动压力发生槽15进行了说明，但对于固定止推板9的下面的动压力发生槽16也是相同的，在用冲压加工制成动压力发生槽15、16的场合，若将动压力发生槽15、16的d3的位置(最大压力发生部位的位置)设成相同，则固定止推板9的加工性就良好。
另外，在上述实施形态中，虽然用人字槽来构成动压力发生槽15、16，但不限于此，也可用其它形状的槽来构成。因此，在本发明中，以形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的位置为基准对技术范围进行限定。
如上所述，本发明的流体轴承装置，由于将形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的位置设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板的外径侧，故轴向方向的上浮量没有下降，可防止因在高速旋转、高温环境下产生的润滑流体的不足而导致的锁定和烧伤，可实现长时期稳定动作的可靠性较高的装置。因此，尤其对硬盘装置可实现较佳的流体轴承装置。

Claims (5)

1．一种流体轴承装置，是在至少固定一方端部的固定轴(1)与旋转自如地枢装在该固定轴上的旋转轴套(2)之间对润滑流体进行抽吸并作非接触旋转的流体轴承装置，其特征在于，
在固定轴的一侧设置固定止推板(9)，
在旋转轴套的一侧设置由所述固定止推板的下面与上面以及沿着将所述下面与上面连接的外周面的相对面而构成的凹部(10)，
在由所述固定轴的外周面与所述旋转轴套的中心孔的内周面所形成的径向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，
在由所述固定止推板和所述旋转轴套的开口部的内周面与所述固定止推板的相对面所形成的轴向侧动压力发生部形成动压力发生用槽(15,16)，
在所述径向侧动压力发生部及所述轴向侧动压力发生部充填润滑流体，
将形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的位置设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板(9)的外径侧。
2．如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，
在将轴向侧动压力发生部中的旋转轴向侧的有效内径设为d1、固定止推板的外径设为d2、形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的直径设为d3的场合，设定成
d22-d32≈d32-d12。
3．如权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，
用圆周方向的人字槽(22)构成轴向侧动压力发生部中的动压力发生用槽，并将连接该人字槽的顶点的位置(23)设定在比轴向侧动压力发生部的径向方向的1/2还靠外的固定止推板的外径侧。
4．如权利要求1或3所述的流体轴承装置，其特征在于，还设置：
基端安装在壳体上的固定轴(1)；
旋转自如地安装在所述固定轴上、与所述固定轴的顶端对应且比所述固定轴还大的大直径的开口部形成在端部、在外周部安装有负荷的旋转轴套(2)；
用贯通孔穿设在中央的圆盘安装在所述固定轴的顶端、下面相对于旋转轴套的所述开口部的底面而外周面相对于所述开口部的内周面的固定止推板(9)；
基端与所述固定轴的顶端旋合、将固定止推板卡止在所述固定轴上的延长轴(8)；
用圆盘安装在所述旋转轴套的开口部上、在穿设于中央的贯通孔中插通所述延长轴的旋转止推板(12)，
在由所述固定轴的外周面与所述旋转轴套的中心孔的内周面所形成的径向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，
在由所述固定止推板和所述旋转轴套的开口部的内周面与所述固定止推板的相对面所形成的轴向侧动压力发生部形成动压力发生用槽，
在所述径向侧动压力发生部及所述轴向侧动压力发生部充填润滑流体，
在将轴向侧动压力发生部中的旋转轴向侧的有效内径设为d1、固定止推板的外径设为d2、形成于轴向侧动压力发生部的动压力发生用槽的最大压力发生部位的直径设为d3、旋转轴套的所述开口部的内径设为d4的场合，设定成
d2(d4-d2)＞d1((d3-d1)-(d2-d3))。
5．一种电动机，其特征在于，使用如权利要求1～4中任一项所述的流体轴承装置。
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