JP2000145764A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で、しかも軸受性能を損なうこと
なく環状スラスト板１６の接合強度を十分に確保するこ
とを可能とする。 【解決手段】 環状スラスト板１６を径方向にやや大き
く形成して補強部１６ｂを設けることだけで、基本的な
軸受設計にはほとんど影響を与えることなく環状スラス
ト板１６の軸部材１２に対する接合強度を確実に向上さ
せるように構成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸部材に環状スラ
スト板を設けてスラスト方向の軸支持用動圧力を得るよ
うにした動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータ等の各種装置において、特
に高速回転に対応し得るようにオイルやエアー等の潤滑
流体による動圧を利用した動圧軸受装置が種々検討され
ている。この動圧軸受装置のうちのスラスト動圧軸受装
置においては、例えば図７に示されているように、固定
部材として設けられた軸部材（固定軸）１に対して環状
スラスト板（スラストプレート）２が、圧入又は焼き嵌
めによって嵌着され接合されている。

【０００３】そして、この環状スラスト板２の動圧面
と、回転部材として設けられた軸受部材（軸受スリー
ブ）３側の動圧面とが、軸方向に狭小隙間を介して対向
するように配置されており、これら対向動圧面どうしの
間の狭小隙間内に潤滑流体が注入されている。一方、上
記環状スラスト板２側の動圧面または軸受部材３側の動
圧面の少なくとも一方側には、動圧発生用溝が化学研磨
や塑性加工などの手段によって加工・形成されており、
回転部材３の回転時に動圧発生用溝のポンピング作用に
より上記狭小隙間内の潤滑流体を昇圧させて動圧作用を
発生させ、当該潤滑流体の動圧力によって回転部材３を
浮上状態にて保持させ回転支持を行うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにスラスト動
圧軸受部を構成している環状スラスト板２は、上述した
ように、軸部材１に嵌着接合されており、軸部材１との
間の摩擦力のみで保持・固定されている。従って、何ら
かの衝撃等が環状スラスト板２に作用した場合には、嵌
着位置がずれたり抜けてしまうことが考えられ、装置全
体に対する信頼性を損なうおそれがある。

【０００５】このような問題に対して、環状スラスト板
２の圧入又は焼き嵌めによる接合長さを大きくすること
が考えられるが、シメ代として成立する範囲が限られて
いることから限界がある上、大型化してしまうために近
年の薄型化の要請に反することとなって採用することは
できない。また、種々の構造を付加して環状スラスト板
２の補強を行うことも考えられてはいるが、いずれも構
成の複雑化を招来するとともに軸受特性を損なうおそれ
があり、実現性あるものは未だ開発されていない。

【０００６】そこで本発明は、簡易な構成で、しかも軸
受性能を損なうことなく環状スラスト板の接合強度を十
分に確保することができるようにした動圧軸受装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明では、軸部材と、この軸部材に対
して鍔状に嵌着接合され、軸方向端面に動圧面を有する
環状スラスト板と、該環状スラスト板の動圧面に対して
軸方向に狭小隙間を介して近接配置された他の動圧面を
有する軸受部材と、上記環状スラスト板及び軸受部材に
おける両動圧面の少なくとも一方側に設けられた動圧発
生用溝と、を備え、上記動圧発生用溝が設けられた部位
が、スラスト方向の動圧発生部に構成された動圧軸受装
置において、上記環状スラスト板は、前記動圧発生部を
構成する本体部と、この本体部から半径内方側又は外方
側に向かって連続一体的に延出する補強部と、を有し、
上記環状スラスト板の補強部における軸方向端面と、該
補強部の軸方向端面に対向する前記軸受部材の表面との
間に、前記動圧発生部における狭小隙間よりも大きい寸
法の隙間が形成されている。

【０００８】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の環状板スラスト板の軸方向厚さ寸法は、前記
本体部よりも補強部において小さく設定されている。

【０００９】さらに、請求項３記載の発明では、上記請
求項１又は２記載の軸部材に対する環状スラスト板の軸
方向の嵌着接合長さが、該環状スラスト板の本体部にお
ける軸方向厚さ寸法と略同一に設定されているととも
に、前記補強部は、本体部よりも半径方向外側に配置さ
れている。

【００１０】このような発明では、環状スラスト板を径
方向にやや大きく形成するだけで、基本的な軸受設計に
はほとんど影響を与えることなく接合強度が確実に向上
される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる動圧軸受装
置を、いわゆる両端軸固定型のＨＤＤスピンドルモータ
に適用した実施形態について図面により詳細に説明す
る。まず図２に示されたＨＤＤスピンドルモータの全体
構造を説明すると、当該ＨＤＤスピンドルモータは、固
定部材としてのステータ組１と、このステータ組１に対
して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロー
タ組２とから構成されている。このうちステータ組１
は、図示を省略した固定基台側にネジ止めされているフ
レーム１１を有しているとともに、このフレーム１１の
略中央部分に立設された固定軸（軸部材）１２が、図示
上方に向かって延在している。本実施形態における固定
軸１２は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ，ＳＵ
Ｓ４２０Ｊ２）等から形成されており、当該固定軸１２
の先端部（図示上端部）は、図示を省略した固定基台に
対してネジ止めされている。

【００１２】上記フレーム１１の上面部略中央部分に
は、中空円筒状の支持ホルダー１３が上記固定軸１２の
周囲を取り囲むようにして設けられており、この支持ホ
ルダー１３の外周部にステータコア１４が嵌着されてい
る。このステータコア１４の突極部には巻線１５が巻回
されている。

【００１３】一方、上記ロータ組２では、図示を省略し
た所定の記録媒体を支持するためのハブ２１が、軸受部
材を構成している軸受スリーブ２２の外周側に固着され
ている。上記ハブ２１は、磁気ディスク等の上記記録媒
体を外周部に装着する略円筒形状の胴部２１ａを有して
いるとともに、この胴部２１ａの内周側に、バックヨー
ク２１ｂを介して駆動マグネット２１ｃが環状に装着さ
れている。上記駆動マグネット２１ｃは、前述したステ
ータコア１４の外周端面に対して環状に対向するように
近接配置されている。

【００１４】上記ハブ２１を固定している軸受スリーブ
２２の構成材質としては、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系合
金（リン青銅等）などの銅系合金またはＳＵＳ４３０Ｆ
等の鉄鋼材料が採用される。

【００１５】この軸受スリーブ２２の中心部分に貫通形
成された中心穴の内周壁部分には、一組の軸受突部２２
ａ，２２ｂが軸方向に所定間隔離して形成されており、
これらの各軸受突部２２ａ，２２ｂの内周面に設けられ
たラジアル動圧面と、上記固定軸１２の外周面に設けら
れたラジアル動圧面とが、半径方向に数μｍの狭小隙間
を介して近接するように周状に対向配置されていること
によって、軸方向に隣接した一組のラジアル動圧軸受部
ＲＢａ，ＲＢｂが並ぶようにして形成されている。そし
て、これら一組のラジアル動圧軸受部ＲＢａ，ＲＢｂを
形成している狭小隙間内には、オイルや磁性流体、ある
いはエアー等からなる所定の潤滑流体が連続するように
して注入・充填されている。

【００１６】また、少なくとも上記軸受スリーブ２２側
の各動圧面には、図示を省略したヘリングボーン形状の
動圧発生用溝が環状に並列するようして多数凹設されて
おり、前記ハブ２１の回転時に、これらラジアル動圧発
生用溝のポンピング作用により潤滑流体が昇圧されて動
圧が生じ、その潤滑流体に生じさせられた動圧によっ
て、ハブ２１が軸受スリーブ２２を介してラジアル方向
に回転自在に軸支持されるように構成されている。

【００１７】上述したように、隣接する一組のラジアル
動圧軸受部ＲＢａ，ＲＢｂを構成する狭小隙間は、軸方
向に連続して延びる軸受空間として形成されているが、
その一組のラジアル動圧軸受部ＲＢａ，ＲＢｂの間部分
の軸受空間には、軸受スリーブ２２を半径方向外方に向
かって窪ませた拡大空間からなる流体溜め部３０が形成
されている。この流体溜め部３０の隙間寸法は、ラジア
ル動圧軸受部ＲＢａ，ＲＢｂにおける軸受空間における
隙間寸法の３倍以上または４０μｍ以上に設定されてい
る。これは、軸受空間に対して潤滑流体に量的な余裕を
持たせるように一定量以上の潤滑流体を保持し、装置の
長寿命化を図るためである。

【００１８】また、それらの各ラジアル動圧軸受部ＲＢ
ａ,ＲＢｂを構成する軸受空間の軸方向両端部分には、
毛細管シール部が、各ラジアル動圧軸受部ＲＢａ，ＲＢ
ｂを軸方向両側から挟むように設けられている．これら
の各毛細管シール部は、軸受スリーブ２２に形成された
傾斜面によって、当該軸受スリーブ２２と前記固定軸１
２との間の隙間を軸受外方に何かって徐々に拡大したも
のであって、軸受内方側に配置された毛細管シール部
は、上述した流体溜め部３０に連通している。これら毛
細管シール部において連続的に拡大している狭小隙間の
寸法は、２０μｍから３００μｍになされており、軸受
外方側に配置された毛細管シール部における潤滑流体の
液面位置が、モータの回転・停止のいずれの場合にも当
該毛細管シール部の内部所定位置となるように設定され
ている。

【００１９】一方、図１にも示されているように、上記
固定軸１２の先端部分（図示上端側部分）には、円板状
に形成されたスラストプレート（環状スラスト板）１６
が圧入又は焼き嵌めによって嵌着接合され固定されてい
る。このスラストプレート１６は、上述した軸受スリー
ブ２２の図示上側の中心部分に凹設された円筒状の窪み
部内に収容するように配置されており、当該軸受スリー
ブ２２の窪み部の底壁部２２ｃに設けられた動圧面に対
して、上記スラストプレート１６の図示下面側に設けら
れた動圧面が軸方向に近接配置されていることによっ
て、下側のスラスト動圧軸受部ＳＢａが構成されてい
る。

【００２０】また、上記スラストプレート１６の図示上
面側に近接するようにして、スラスト軸受部材を構成し
ている円盤状のカウンタープレート（スラスト板）２５
が、上記軸受スリーブ２２の窪み部を覆うように取り付
けられており、このカウンタープレート２５の図示下面
側に設けられた動圧面と、上述したスラストプレート１
６の図示上面側に設けられた動圧面とにより上側のスラ
スト動圧軸受部ＳＢｂが構成されている。

【００２１】すなわち、スラストプレート１６の軸方向
両端面部分に隣接するようにして配置された一組のスラ
スト動圧軸受部ＳＢａ，ＳＢｂのそれぞれにおいては、
軸受スリーブ２２又はカウンタープレート２５側の各動
圧面と、スラストプレート１６側の両動圧面とが、軸方
向に数μｍの狭小隙間を介してそれぞれ対面配置されて
いる。そして、これら両スラスト動圧軸受部ＳＢａ，Ｓ
Ｂｂの狭小隙間どうしは、スラストプレート１６の外周
側に設けられた通路を介して連通されており、その連続
した軸受空間内に、オイルや磁性流体等からなる所定の
潤滑流体が連続的に注入・充填されている。

【００２２】また、上記スラストプレート１６の軸方向
両端面に設けられた各動圧面のそれぞれには、図示を省
略したヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝が環状
並列するように多数凹設されており、前記ハブ２１の回
転時における両スラスト動圧発生用溝のボンピング作用
によって、潤滑流体が昇圧されて動圧が生じ、その潤滑
流体に生じさせられた動圧によって、ハブ２１がスラス
ト方向に軸支持されるように構成されている。

【００２３】このように、動圧発生用溝が設けられた部
位が、スラスト方向の動圧発生部として構成されている
ものであるが、上記スラストプレート１６は、その動圧
発生部を構成している本体部１６ａと、この本体部１６
ａから半径外方側に向かって連続一体的に延出する補強
部１６ｂとを備えている。上記補強部１６ｂの軸方向両
端面は、前記本体部１６ａの軸方向両端面に設けられた
動圧面から階段状に窪むようにして形成されている。す
なわち、上記補強部１６ｂの軸方向における厚さ寸法Ｔ
１（図１参照）は、前記本体部１６ａの軸方向厚さ寸法
Ｔ０よりやや小さくなるように設定されている。

【００２４】換言すれば、上記スラストプレート１６
と、前述した各軸受部材（軸受スリーブ２２及びカウン
タープレート２５）との間の軸方向における隙間寸法
が、動圧発生部に相当する本体部１６ａよりも補強部１
６ｂの方がやや大きい寸法となるように形成されてい
る。より具体的には、本体部１６ａによって０．０１ｍ
ｍの狭小隙間が形成されているのに対して、補強部１６
ｂでは０．２ｍｍの隙間が形成されている。これは、補
強部１６ｂによる軸受ロスを少なくするために隙間を大
きくしたものであって、軸受ロスが隙間寸法に反比例す
ることからすれば、補強部１６ｂにおける軸受ロスは、
理論的には本体部１６ａの１／２０程度に抑えられるこ
ととなる。

【００２５】また、上記スラストプレート１６の固定軸
１２に対する嵌着接合長さは、上述したスラストプレー
ト１６の本体部１６ａの軸方向厚さ寸法Ｔ０と略同一に
設定されている。これは、補強部１６ｂを設けることに
よって、後述するようにスラストプレート１６の固定軸
１２に対する接合強度が向上されるために、スラストプ
レート１６の嵌着接合長さを拡大しないように設定した
ものである。つまり、本発明は、両部材１６，１２の嵌
着接合長さを増やすことなく十分な接合強度を得るよう
にしたものである。

【００２６】一方、上述した一組の各スラスト動圧軸受
部ＳＢａ，ＳＢｂを構成する軸受空間の半径方向両端側
部分には、毛細管シール部が、各スラスト動圧軸受部Ｓ
Ｂａ，ＳＢｂを半径方向両側から挟むように設けられて
いる。

【００２７】これらの各毛細管シール部は、スラストプ
レート１６側に形成された傾斜部によって、当該スラス
トプレート１６と前記軸受スリーブ２２との間の隙間を
半径方向の外方に向かって徐々に拡大したものであっ
て、半径方向内方側に配置された毛細管シール部が、上
述したラジアル動圧軸受部ＲＢａ側及びモータ外部側の
大気にそれぞれ連通している。なお、当該毛細管シール
部において連続的に拡大している狭小隙間は２０μｍか
ら３０μｍとなっており、潤滑流体の液面位置が、モー
タの回転・停止のいずれの場合にも、各毛細管シール部
の内部所定位置となるように設定されている。

【００２８】このような本発明の実施形態では、スラス
トプレート１６を半径方向にやや大きく形成して補強部
１６ｂを設けただけで、基本的な軸受設計にはほとんど
影響を与えることなく接合強度が確実に向上される。こ
の点についての根拠を、以下詳細に説明する。

【００２９】まず、両部材１６，１２の接合強度Ｆは、
図３に示されているように、固定軸１２の外径Ｄａ、嵌
め合い有効長さＬ、接合部面圧Ｐ、及び摩擦係数μに対
して、

【数１】 で表される。そして、上式１中の接合部面圧Ｐは、スラ
ストプレート１６の内外径ｄｂ，Ｄｂ、固定軸１２及び
スラストプレート１６の各ヤング率Ｅａ，Ｅｂ、並び
に、固定軸１２及びスラストプレート１６の各ポアソン
比νａ，νｂに対して、

【数２】 で表される。

【００３０】そして、本発明のように、スラストプレー
ト１６に補強部１６ｂを設けることによって、当該スラ
ストプレート１６の外径Ｄｂを拡大すると、上式２中の
分母が２乗に比例して小さくなり、その分、接合部面圧
Ｐが急激に大きくなって、僅かな大きさの補強部１６ｂ
を設けるだけで大きな接合強度Ｆが得られるものであ
る。

【００３１】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。例え
ば、図４に示されている実施形態にかかるスラストプレ
ート４６では、動圧発生部を構成している本体部４６ａ
から半径方向内側に向かって連続一体的に延出する補強
部４６ｂが設けられている。さらに、図５に示されてい
る実施形態にかかるスラストプレート５６では、動圧発
生部を構成している本体部５６ａを中心として、半径方
向の内外両側に向かって補強部５６ｂが連続一体的に各
々延出するように設けられている。さらにまた、図６に
示されている実施形態にかかるスラストプレート６６で
は、動圧発生部を構成している本体部６６ａの半径方向
途中部分に補強部６６ｂが連続一体的に延出するように
設けられている。このような他の各実施形態において
も、前述した実施形態と同様な作用・効果を得ることが
できる。

【００３２】また、動圧を発生する潤滑流体としては、
オイル等の液体の他に空気等の気体も同様に採用するこ
とができる。さらに本発明は、上述したＨＤＤモータ以
外に用いられる動圧軸受装置に対しても本発明は同様に
適用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、環状スラス
ト板を径方向にやや大きく形成して補強部を設けること
だけで、基本的な軸受設計にはほとんど影響を与えるこ
となく環状スラスト板の軸部材に対する接合強度を確実
に向上させるように構成したものであるから、簡易な構
成で、しかも軸受性能を損なうことなく環状スラスト板
の接合強度を十分に確保することができ、動圧軸受装置
の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる動圧発生装置の要
部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図２】図１に表された動圧発生装置を備えたＨＤＤモ
ータ全体の横断面説明図である。

【図３】図１に表された軸部材と環状スラスト板との寸
法関係を表した部分拡大半断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態にかかる動圧発生装置の
要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図５】本発明の更に他の実施形態にかかる動圧発生装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図６】本発明の更に他の実施形態にかかる動圧発生装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図７】従来の動圧発生装置を備えたＨＤＤモータ全体
の横断面説明図である。

【符号の説明】

ＲＢａ,ＲＢｂ ラジアル動圧軸受部 ＳＢａ,ＳＢｂ スラスト動圧軸受部 １２ 固定軸（軸部材） ２２ 軸受スリーブ（軸受部材） １６ スラストプレート（環状スラスト板） ２５ カウンタープレート（軸受部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多胡 登喜雄 長野県諏訪郡下諏訪町5329番地 株式会社 三協精機製作所内 Ｆターム(参考） 3J011 AA01 BA01 BA06 CA02 KA02 KA03 MA02 PA02 5H607 AA00 BB01 BB09 BB14 BB17 BB25 CC01 DD16 GG03 GG09 GG12 GG14 GG15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部材と、 この軸部材に対して鍔状に嵌着接合され、軸方向端面に
   動圧面を有する環状スラスト板と、 該環状スラスト板の動圧面に対して軸方向に狭小隙間を
   介して近接配置された他の動圧面を有する軸受部材と、 上記環状スラスト板及び軸受部材における両動圧面の少
   なくとも一方側に設けられた動圧発生用溝と、を備え、 上記動圧発生用溝が設けられた部位が、スラスト方向の
   動圧発生部に構成された動圧軸受装置において、 上記環状スラスト板は、前記動圧発生部を構成する本体
   部と、この本体部から半径内方側又は外方側に向かって
   連続一体的に延出する補強部と、を有し、 上記環状スラスト板の補強部における軸方向端面と、該
   補強部の軸方向端面に対向する前記軸受部材の表面との
   間に、前記動圧発生部における狭小隙間よりも大きい寸
   法の隙間が形成されていることを特徴とする動圧軸受装
   置。
2. 【請求項２】 前記環状板スラスト板の軸方向厚さ寸法
   は、前記本体部よりも補強部において小さく設定されて
   いることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 前記軸部材に対する環状スラスト板の軸
   方向の嵌着接合長さが、該環状スラスト板の本体部にお
   ける軸方向厚さ寸法と略同一に設定されているととも
   に、 前記補強部は、本体部よりも半径方向外側に配置されて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の動圧軸受装
   置。