JP2000087959A

JP2000087959A - 流体軸受装置

Info

Publication number: JP2000087959A
Application number: JP10258248A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Saito; 浩昭斎藤; Takafumi Asada; 隆文淺田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】両端支持型流体軸受装置において、外部気圧
変動や温度変化、ラジアル軸受の寸法ばらつき等により
発生し、スラスト軸受におよぶ圧力変動の影響によるス
ラスト軸受の油の流出を防止し、信頼性を向上させる。【解決手段】固定軸２のフランジ３近傍において、そ
の外周面に１個以上の穴２Ｃ、２Ｄを有し、穴２Ｃ、２
Ｄは固定軸２内部にて延伸する軸垂穴２Ｂと連絡し軸垂
穴２Ｂはスリーブ４Ａ外部の空間に通じる構成とするこ
とにより、スラスト軸受におよぶラジアル軸受の圧力変
動の影響を除去してスラスト軸受の油の流出を防止し、
信頼性を向上させるとともに、フランジ部材全面にスラ
スト動圧発生溝を設けることができ、スラスト浮上量を
高くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクやポ
リゴンモータ等の回転体を駆動する電動機のための流体
軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下図面を参照しながら、従来の流体軸
受装置の一例について説明する。図８は従来の流体軸受
装置の縦断面図であり、図９はその部分平面図である。
下ケース１０１には固定軸１０２がその一端において固
定され、その他端は固定ネジ１０２Ａで上カバー１１２
に固定されている。固定軸１０２にはディスク１０９
Ａ、１０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄとスペーサ１１０
Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃを固定するためのハブ１０４が
スリーブ１０４Ａと一体となっており、固定軸１０２に
回転自在にはめあわされている。また、固定軸１０２の
上端側近傍には略リング状のフランジ１０３が固定さ
れ、このフランジ１０３はハブ１０４の凹部に収納され
ている。また、フランジ１０３に対向かつ近接してスラ
スト板１０７がハブ１０４にスラストキャップ１０８に
より固定されている。スラストキャップ１０８は接着お
よびシール剤１１３によりハブ１０４に固定されてい
る。固定軸１０２の外周面またはスリーブ１０４Ａの内
周面のいずれか一方には少なくとも２組の、たとえばヘ
リングボーン形状のラジアル側動圧発生溝１０４Ｂ、１
０４Ｃが設けられ、また、フランジ１０３とスラスト板
１０７の対向面のいずれか一方には上側スラスト動圧発
生溝１０３Ａが設けられ、また、スリーブ１０４Ａの端
面とフランジ１０３の対向面のいずれか一方には下側ス
ラスト動圧発生溝１０３Ｂが設けられている。そしてフ
ランジ１０３には通気穴１０３Ｃが設けられている。そ
れぞれの溝１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ｂ、１０４Ｃに
は潤滑剤１１１が充満されている。ハブ１０４にはモー
タロータ１０６が、また下ケース１０１にはモータステ
ータ１０５が固定されている。

【０００３】以上のように構成された従来の流体軸受装
置について、以下その動作について説明する。図８にお
いて、モータステータ１０５に通電され、回転磁界が発
生すると、モータロータ１０６は、ハブ１０４、スリー
ブ１０４Ａ、スラスト板１０７、ディスク１０９Ａ、１
０９Ｂ、１０９Ｃ、１０９Ｄ、スペーサ１１０Ａ、１１
０Ｂ、１１０Ｃと共に回転を始める。この時、ラジアル
側動圧発生溝１０４Ｂ、１０４Ｃは潤滑剤１１１をかき
集め、ポンピング作用により圧力を発生し、また、上側
スラスト動圧発生溝１０３Ａ、下側スラスト動圧発生溝
１０３Ｂも潤滑剤１１１をかき集め、これらの発生圧力
によりスリーブ１０４Ａやスラスト板１０７は浮上して
非接触回転を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、次のような問題点がある。図８におい
て、スリーブ１０４Ａが高速回転するとラジアル軸受の
影響がスラスト軸受に及ぼうとする。具体的にはラジア
ル軸受の径差による発生圧力や空気リングの突発的移
動、内部空気の膨張、収縮等である。これらの要因のた
めスラスト軸受が影響を受け、油漏れを起こしたり、逆
にラジアル軸受に油が移動したりして浮上量が減少した
り、時にはコスレや、焼き付きが生じたりすることを緩
和するために通気穴１０３Ｃが存在するが、その存在
が、図９のように上側スラスト動圧発生溝１０３Ａ、下
側スラスト動圧発生溝１０３Ｂの有効面積を制限し、ス
ラスト軸受浮上量を高く設計できず信頼性向上における
課題となっていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明の第１の発明の流体軸受装置は次の構成を有し
ている。

【０００６】すなわち、少なくとも一端がケースに固定
された固定軸と、前記固定軸の他端部近傍に固定された
フランジ部材と、前記固定軸に回転自在に挿入されたス
リーブを有し、前記スリーブに連設されるハブまたは、
前記スリーブの一方の端部近傍に固定され、前記フラン
ジ部材に対向かつ近接するスラスト板を有し、前記固定
軸の外周面またはスリーブ内周面の少なくともいずれか
一方にラジアル側動圧発生溝部を有し、前記フランジ部
材またはスラスト板の互いに対向する面のいずれか一方
の面にスラスト側動圧発生溝を有し、これら前記ラジア
ル側動圧発生溝およびスラスト側動圧発生溝の溝部は潤
滑剤が保持され、前記ケースにはモータステータが、ま
た前記ハブにはモータロータを有し、前記固定軸の前記
フランジ部材近傍において、その外周面に１個以上の直
径０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の穴を有し、前記穴は
前記固定軸内部にて延伸する軸垂穴と連絡し前記軸垂穴
は前記スリーブ外部の空間につうじた構成を有するもの
である。

【０００７】本発明は、上記した構成によってラジアル
軸受とスラスト軸受を独立させラジアル軸受の影響がス
ラスト軸受に及ばなくなるため、スラスト軸受は安定し
て潤滑剤を保持できるとともに、フランジ部材上に通気
穴がないため、全面にスラスト動圧発生溝を設けること
ができ、スラスト浮上量を高く設計できる。

【０００８】また、本発明の第２の発明の流体軸受装置
は、第１の発明の構成においてフランジ部材よりケース
と反対側に突出した部分の固定軸の軸径が前記フランジ
部材より前記ケース側に突出した部分より細い構成とし
たものであり、これにより上側スラスト軸受の潤滑剤の
方に強く遠心力が作用するため、スラスト板と上側固定
軸とのすきまからの潤滑剤のもれが防止できる。

【０００９】また、本発明の第３の発明の流体軸受装置
は、第１の発明の構成に加え、ラジアル側動圧発生溝が
上側と下側二つありそれぞれに動圧を独立して発生する
構造においてその２つの動圧発生溝間の軸部外周に１個
以上の横穴を有し、前記横穴は固定軸内部の軸垂穴と通
じ、スラスト板外部の空気に通じた構成としたものであ
り、この構成により、一方のラジアル側動圧発生溝で発
生する圧力変動等は外部空間に通じた穴により緩和さ
れ、もう一方のラジアル側動圧発生溝に伝わらないた
め、それぞれの動圧発生溝の潤滑剤がよく保持される。

【００１０】また、本発明の第４の発明の流体軸受装置
は、第１の発明の構成においてラジアル側動圧発生溝が
上側と下側二つありそれぞれに動圧を独立して発生する
構造において前記二つのラジアル側動圧発生溝それぞれ
の屈曲部より軸方向外側の溝部長さを内側より長くし、
前記屈曲部に関して非対称としたものであり、これによ
り、圧力変動等によりラジアル側動圧発生溝の潤滑剤を
移動させようとする力が働いても、非対象部分が発生す
る圧力により抵抗するため、潤滑剤は長期間安定して保
持される。

【００１１】また、本発明の第５の発明の流体軸受装置
は、第１の発明の構成において、スラスト側動圧発生溝
の屈曲部を境界としてフランジの内周側の溝部と外周側
の溝部が潤滑剤を前記屈曲部へと集める力が均衡する状
態より径で０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲で内
周側の溝部の長さを長くした構成を有する。この構成に
より、上側、下側、両スラスト側動圧発生溝とも潤滑剤
をフランジ外周部側にシールする力を発生することにな
り、潤滑剤の移動が抑制されることとなる。

【００１２】また、本発明の第６の発明の流体軸受装置
は、第３の発明の構成において、ラジアル側動圧発生溝
の屈曲部を境に溝終端までの長さを同一としたものであ
り、これによりラジアル側動圧発生溝に非対象部を設け
て軸受外からの影響に備える必要がなく、限られた寸法
を最大限活用して軸受を構成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下本発明の第
１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。

【００１４】図１において、下ケース１には固定軸２が
その一端において固定され、その他端は固定ネジ２Ａで
上カバー１２に固定されている。固定軸２にはディスク
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄとスペーサ１０Ａ、１０Ｂ、１
０Ｃを固定するためのハブ４がスリーブ４Ａと一体とな
っており、固定軸２に回転自在にはめあわされている。
また、固定軸２の上端側近傍には図２に示す略リング状
のフランジ３が固定され、このフランジ３はハブ４の凹
部に収納されている。またフランジ３に対向かつ近接し
てスラスト板７がハブ４にスラストキャップ８により固
定されている。スラストキャップ８は接着およびシール
剤１３によりハブ４に固定されている。固定軸２の外周
面にはヘリングボーン形状のラジアル側動圧発生溝４
Ｂ、４Ｃが設けられ、また、フランジ３のスリーブ４Ａ
端面側には下側スラスト動圧発生溝３Ｂが設けられま
た、フランジ３のスラスト板７側には図２に示すような
上側スラスト動圧発生溝３Ａが設けられている。それぞ
れの溝３Ａ、３Ｂ、４Ｂ、４Ｃには潤滑剤１１が充満さ
れている。ハブ４にはモータロータ６が、また下ケース
１にはモータステータ５が固定されている。固定軸２の
フランジ３近傍において、その外周面に穴（ｂ）２Ｄを
有し、穴（ｂ）２Ｄは固定軸２内部にてフランジ側に延
伸する軸垂穴２Ｂと連絡し軸垂穴２Ｂは穴（ａ）２Ｃに
よりスラスト板７外部の空間１４に通じている。

【００１５】以上のように構成された流体軸受装置につ
いて、その動作について説明する。図１において、モー
タステータ５に通電され、回転磁界が発生すると、モー
タロータ６は、ハブ４、スリーブ４Ａ、スラスト板７、
ディスク９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、スペーサ１０Ａ、１
０Ｂ、１０Ｃと共に回転を始める。この時、ラジアル側
動圧発生溝４Ｂ、４Ｃは潤滑剤１１をかき集め、ポンピ
ング作用により圧力を発生し、また、上側スラスト動圧
発生溝３Ａ、下側スラスト動圧発生溝３Ｂも潤滑剤１１
をかき集め、これらの発生圧力によりスリーブ４Ａやス
ラスト板７は浮上して非接触回転を行う。この時ラジア
ル軸受で発生する圧力変動等はこの外部の空間１４に通
じた穴（ａ）２Ｃ、穴（ｂ）２Ｄ、軸垂穴２Ｂにより緩
和され上側スラスト動圧発生溝３Ａ、下側スラスト動圧
発生溝３Ｂを有するフランジ３に伝わらない。このとき
穴（ｂ）２Ｄは直径０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下にす
ることにより、潤滑剤１１（油）の表面張力で通気穴を
ふさがれず、かつ、油のもれない寸法であることが実験
により確認できている。もし、この穴（ｂ）２Ｄの直径
が０．１ｍｍ未満だと、油が表面張力（毛細管現象）に
より穴（ｂ）２Ｄに容易に入り、通気性を損なうことが
ある。また、直径が０．６ｍｍを超えると通気性は確保
できるが逆に回転中に空気が入りつづけ、かわりに油が
流出し、信頼性を損なう恐れがある。

【００１６】また、フランジ部３上に通気穴がないた
め、裏表全面にスラスト動圧発生溝３Ａ、３Ｂを設ける
ことができ、スラスト浮上量を高く設計できる。

【００１７】以上のように本実施形態によれば、ラジア
ル軸受で発生する圧力変動等はこの外部空間に通じた穴
により緩和されスラスト軸受に伝わらないためスラスト
軸受の潤滑剤が保持され安定した浮上量と信頼性を得る
ことができる。

【００１８】なお、本実施形態では４枚ディスク搭載の
ハードディスクモータの場合について説明しているが、
ディスクの枚数、モータの種類、用途にかかわらず効果
は同じである。

【００１９】なお、本実施形態において穴（ｂ）２Ｄは
一つであるが小径の穴を多く設けることによりさらに効
果を高めることができる。

【００２０】なお、本実施形態においてはスリーブ４Ａ
とハブ４は別部材である場合について説明したが、ダイ
キャスト構成品、プレス構成品等からなる完全な一体物
であっても同じである。

【００２１】なお、本実施形態において固定軸２は完全
なる一体物としてフランジ３を固定しているが、図３の
ように上側固定軸２Ｅ、下側固定軸２Ｆとしてフランジ
３を固定しても同じである。

【００２２】なお、本実施形態において外部の空間に通
じる穴（ａ）２Ｃをフランジ３上部の固定軸２外周に設
けたが、スリーブ４Ａ下端側の固定軸２外周に設けても
同じである。

【００２３】（実施の形態２）以下本発明の第２の実施
形態について説明する。

【００２４】図３に示す実施の形態１における構成に加
えて図４のように下側固定軸２２Ｆより上側固定軸２２
Ｅを細くし、上側スラスト軸受潤滑剤３１Ａの径方向の
保有量を下側スラスト軸受潤滑剤３１Ｂの保有量より多
くなるようにしたものである。

【００２５】これにより、回転で発生するスラスト潤滑
剤に加わる遠心力は３５Ａ、３５Ｂのように働くが、径
方向に多く潤滑剤を有する上側スラスト軸受潤滑剤３１
Ａの方に強く遠心力が働きスラスト板２７の上側固定軸
２２Ｅとのすきまからの潤滑剤のもれを防止するシール
作用を発揮する。

【００２６】なお、軸径はそのままでもスラスト板２７
の内径Ｄ１をスリーブ２４Ａのスラスト板２７に最も近
い穴部の内径Ｄ２より小さくすることでもその効果は同
様である。

【００２７】（実施の形態３）本発明の第３の実施形態
について説明する。図５のようにラジアル側動圧発生溝
４４Ｂとラジアル側動圧発生溝４４Ｃの間の固定軸４２
外周に穴（ｃ）４２Ｅを有し穴（ｃ）４２Ｅは固定軸４
２内部の軸垂穴４２Ｂと通じスラスト板４７の外部の空
間５４に通じている。

【００２８】この時ラジアル側動圧発生溝４４Ｂとラジ
アル側動圧発生溝４４Ｃで発生する圧力変動等はこの外
部の空間５４に通じた穴（ａ）４２Ｃ、穴（ｂ）４２
Ｄ、穴（ｃ）４２Ｅ、軸垂穴４２Ｂにより緩和される。
穴（ｃ）４２Ｅはラジアル側動圧発生溝４４Ｂ、４４Ｃ
でそれぞれ発生する圧力変動等の影響を互いに及ぼさ
ず、独立して機能させる。このとき穴（ｃ）４２Ｅは直
径０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下にすることにより、潤
滑剤５１（油）の表面張力で通気穴をふさがれずかつ、
油のもれない寸法であることが実験により確認できてい
る。この穴（ｃ）４２Ｅの直径が０．１ｍｍ未満だと、
油が表面張力（毛細管現象）により穴（ｃ）４２Ｅに容
易に入り、通気性を損なうことがある。また、直径が
０．６ｍｍを超えると通気性は確保できるが逆に回転中
に空気が入りつづけ、かわりに油が流出し、信頼性を損
なう恐れがある。

【００２９】以上のように本実施形態によれば、一方の
ラジアル側動圧発生溝で発生する圧力変動等はこの外部
空間に通じた穴により緩和されもう一方のラジアル側動
圧発生溝に伝わらないためラジアル側動圧発生溝４４
ｂ、４４ｃの潤滑剤５１がよく保持され安定した回転精
度と信頼性を得ることができる。

【００３０】なお、本実施形態において穴（ｃ）４２Ｅ
は一つであるが小径の穴を多く設けることによりさらに
効果を高めることができる。

【００３１】なお、本実施形態において外部の空間に通
じる穴（ａ）４２Ｃをフランジ４３上部の固定軸４２外
周に設けたが、スリーブ４４Ａ下端側の固定軸２外周に
設けても同じである。

【００３２】（実施の形態４）実施の形態１の構成に加
えて図６のようにラジアル側動圧発生溝６４Ｂ、６４Ｃ
それぞれの屈曲部より軸方向外側の溝部長さを内側より
長くし屈曲部に関して非対称とする。その関係はＡ＞
Ｂ、Ｃ＜Ｄ、（Ａ−Ｂ）＝（Ｄ−Ｃ）である。

【００３３】本実施形態によればこの非対称部分が発生
する力により潤滑剤は常に２つのラジアル側動圧発生溝
間にむけてポンピングされており圧力変動等によりラジ
アル側動圧発生溝の潤滑剤を移動させようとする力が働
いてもその都度非対称部分が発生する圧力により抵抗す
る。そのためラジアル側動圧発生溝に存在する潤滑剤は
長期間安定して保持され、信頼性を向上させる。

【００３４】（実施の形態５）実施の形態１の構成に加
えて図７にしめすように上側スラスト側動圧発生溝８３
Ａの屈曲部を境界としてフランジ８３の内周側の溝部と
外周側の溝部が潤滑剤を屈曲部へと集める力が均衡する
状態となるＤ２，Ｄ３，Ｄ４の寸法関係より径で０．０
１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下（＝Ｄ２−Ｄ１）の範囲で内
周側の溝部が長い。下側スラスト側動圧発生溝について
も同様である。

【００３５】本実施形態によれば上側、下側、両スラス
ト側動圧発生溝とも潤滑剤をフランジ外周部側にシール
する力を発生する。これにより、スラスト軸受部の潤滑
剤の移動が抑制され、スラスト板と上側固定軸とのすき
まからの潤滑剤のもれを防止し、また、ラジアル軸受へ
の潤滑剤の移動を防止する。その場合上記寸法の差が
０．０１ｍｍ以下では発生する力が小さく抑止効果が認
められず、０．１ｍｍ以上では溝部内周側より潤滑剤切
れを起こし信頼性を著しく損なう。

【００３６】（実施の形態６）実施の形態３の構成に加
えてラジアル側動圧発生溝の屈曲部を境に溝部終端まで
の長さを同一としたものである。

【００３７】本実施形態において、スラスト軸受、上側
ラジアル軸受、下側ラジアル軸受は通気穴により圧力的
に分離独立して存在、機能する。ラジアル軸受に非対称
部を設けて軸受外からの影響に備える必要はなく、屈曲
部を境に溝部終端までの長さを同一とすることで限られ
た寸法を最大限活用して軸受を構成でき最も効果的に軸
受性能を発揮できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、この構成により
ラジアル軸受で発生する圧力変動等は外部空間に通じた
穴により緩和されスラスト軸受に伝わらないためスラス
ト軸受の潤滑剤が保持され安定した浮上量と信頼性を得
ることができるとともに、フランジ部材上に通気穴がな
いため、全面にスラスト動圧発生溝を設けることがで
き、スラスト浮上量を高く設計できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である流体軸受装置の断
面図

【図２】図１に示す流体軸受装置が有するフランジの上
面図

【図３】第１実施形態の流体軸受装置の要部断面図

【図４】第２実施形態の流体軸受装置の要部断面図

【図５】第２実施形態の流体軸受装置の断面図

【図６】第３実施形態の流体軸受装置のラジアル側動圧
発生溝詳細図

【図７】第４実施形態の流体軸受装置が有するフランジ
の上面図

【図８】従来の流体軸受装置の断面図

【図９】従来の流体軸受装置におけるフランジの上面図

【符号の説明】

１下ケース２固定軸２Ａ固定ネジ２Ｂ軸垂穴２Ｃ穴（ａ）２Ｄ穴（ｂ）３フランジ３Ａ上側スラスト動圧発生溝３Ｂ下側スラスト動圧発生溝４ハブ４Ａスリーブ４Ｂ、４Ｃラジアル動圧発生溝５モータステータ６モータロータ７スラスト板８スラストキャップ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄディスク１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃスペーサ１１潤滑剤１２上カバー１３接着およびシール剤１４外部の空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一端がケースに固定された固
定軸と、前記固定軸の他端部近傍に固定されたフランジ
部材と、前記固定軸に回転自在に挿入されたスリーブを
有し、前記スリーブに連設されるハブまたは、前記スリ
ーブの一方の端部近傍に固定され、前記フランジ部材に
対向かつ近接するスラスト板を有し、前記固定軸の外周
面またはスリーブ内周面の少なくともいずれか一方にラ
ジアル側動圧発生溝部を有し、前記フランジ部材または
スラスト板の互いに対向する面のいずれか一方の面にス
ラスト側動圧発生溝を有し、これら前記ラジアル側動圧
発生溝およびスラスト側動圧発生溝の溝部は潤滑剤が保
持され、前記ケースにはモータステータが、また前記ハ
ブにはモータロータを有し、前記固定軸の前記フランジ
部材近傍において、その外周面に１個以上の直径０．１
ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の穴を有し、前記穴は前記固定
軸内部にて延伸する軸垂穴と連絡し前記軸垂穴は前記ス
リーブ外部の空間につうじた流体軸受装置。
【請求項２】フランジ部材よりケースと反対側に突出
した部分の固定軸の軸径が前記フランジ部材より前記ケ
ース側に突出した部分より細い請求項１記載の流体軸受
装置。
【請求項３】ラジアル側動圧発生溝が上側と下側二つ
ありそれぞれに動圧を独立して発生する構造においてそ
の２つの動圧発生溝間の軸部外周に１個以上の横穴を有
し、前記横穴は固定軸内部の軸垂穴と通じ、スラスト板
外部の空気に通じた請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項４】ラジアル側動圧発生溝が上側と下側二つ
ありそれぞれに動圧を独立して発生する構造において前
記二つのラジアル側動圧発生溝それぞれの屈曲部より軸
方向外側の溝部長さを内側より長くし、前記屈曲部に関
して非対称とした請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項５】スラスト側動圧発生溝の屈曲部を境界と
してフランジの内周側の溝部と外周側の溝部が潤滑剤を
前記屈曲部へと集める力が均衡する状態より径で０．０
１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲で内周側の溝部の長さ
を長くした請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項６】ラジアル側動圧発生溝の屈曲部を境に溝
終端までの長さを同一とした請求項３記載の流体軸受装
置。