JP2001208046A

JP2001208046A - ディスク装置用流体軸受装置

Info

Publication number: JP2001208046A
Application number: JP2000022572A
Authority: JP
Inventors: Ikunori Sakatani; 郁紀坂谷; Shigeyuki Ochiai; 成行落合; Katsuhiko Tanaka; 克彦田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転においても軸受トルクの増大及び搭載
するディスクの風損を抑制することができるディスク装
置用流体軸受装置を提供する。【解決手段】ディスクＤを装着した回転部材（スリー
ブ）１４が静止部材（軸）１３で支持されて回転駆動さ
れるディスク装置用流体軸受装置１１において、回転部
材１４を空気潤滑のラジアル流体軸受Ｒを介して静止部
材１３により支持すると共に、その回転部材１４の回転
に伴い発生する空気潤滑流体軸受Ｒの動圧発生用溝ｍの
ポンプ作用で、ディスク装置１２内部の空気を装置外部
に排出して減圧するための排気穴１７を静止部材１３に
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器，音響・
映像機器用の流体軸受装置に係り、とくに耐久性と信頼
性に優れていて磁気ディスク装置や光ディスク装置等に
最適なディスク装置用流体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流体軸受装置としては、
例えば図２に示したような磁気ディスク装置用の流体軸
受装置がある。この流体軸受装置１は、磁気ディスク装
置２の筐体２Ａ内に内蔵されており、ベースＢに固定し
た静止部材であるスリーブ３に、回転部材である軸４が
油潤滑の動圧流体軸受であるラジアル流体軸受Ｒ及びス
ラスト流体軸受Ｓを介して回転自在に支承されている。
その軸４に一体に取り付けられたハブ５に、複数枚の磁
気ディスクＤが押さえ部材６で保持されて搭載されてい
る。そして、静止部材側に配設されたステーた７と、こ
れに対向させて回転部材側に配設されたロータ磁石８と
でなる内蔵のモータＭで、軸４，ハブ５，磁気ディスク
Ｄを一体で高速回転駆動させるようになっている。

【０００３】ここで上記の油潤滑流体軸受について述べ
ると、ラジアル流体軸受Ｒは、軸４の外周面に、軸方向
に間隔をおいて上下に一対形成されたラジアル受面４ｒ
と、、このラジアル受面４ｒに軸受すき間を介し対向さ
せてスリーブ３の内径面に形成されているラジアル軸受
面３ｒと、ラジアル受面４ｒとラジアル軸受面３ｒとの
少なくとも一方に形成されている例えばヘリングボーン
状の動圧発生溝ｍとを備えて構成されている。

【０００４】また、スラスト流体軸受Ｓは、軸４の下部
に一体的に固着されたフランジ状のスラストプレート９
と、その下面側に対向させてベースＢに固着されている
カウンタープレート１０を有しており、そのスラストプ
レート９の下端面（平面）に形成されているスラスト受
面９ｓと、そのスラスト受面９ｓに対向させてカウンタ
ープレート１０の上面に形成されているスラスト軸受面
１０ｓと、スラスト受面９ｓとスラスト軸受面１０ｓと
の少なくとも一方に形成されている例えばスパイラル状
あるいはヘリングボーン状の動圧発生溝とを備えて構成
されている。なお、スラストプレート９の上端面と、こ
れに対向するスリーブ３の下端面面との間にも同様にス
ラスト流体軸受部Ｓを備えていてもよい。

【０００５】内蔵のモータＭにより軸４，ハブ５，磁気
ディスクＤが一体で回転駆動されると、流体軸受装置を
構成しているスラスト流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受
Ｒの各動圧発生溝のポンピング作用で、それぞれの軸受
すきま内に供給されている潤滑油に動圧が発生して、軸
４は浮上し、スリーブ３及びカウンタープレート１０と
非接触の状態で支承される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
インターネット等の用途ではサーバー用ＨＤＤのデータ
伝送速度を飛躍的に向上させるため、そのスピンドルモ
ータの回転数は１００００ｒｐｍを超え、最近では１５
０００ｒｐｍさらには２００００ｒｐｍ以上の高速回転
が要求されるようになってきている。

【０００７】このような高速回転では、油潤滑のラジア
ル流体軸受Ｒ及びスラスト流体軸受Ｓの軸受トルクの増
大のみならず、回転する搭載ディスクＤの風損が大きく
なり、ディスク装置全体の消費電力が設計目標値を大幅
に超過するという問題があった。そこで本発明は、この
ような従来技術の未解決の課題に着目してなされたもの
で、高速回転においても軸受トルクの増大及び搭載する
ディスクの風損を抑制することができるディスク装置用
流体軸受装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る本発明は、ディスクを装着した回
転部材が静止部材で支持されて回転駆動されるディスク
装置用流体軸受装置に係り、前記回転部材を空気潤滑の
流体軸受を介して前記静止部材により支持すると共に、
その回転部材の回転に伴い発生する前記空気潤滑流体軸
受の動圧発生用溝のポンプ作用でディスク装置内部の空
気を装置外部に排出して減圧するための排気穴を前記静
止部材に設けたことを特徴とする。

【０００９】本発明のディスク装置用流体軸受装置によ
れば、空気潤滑の流体軸受を採用したため、油潤滑の流
体軸受に比して高速回転における軸受トルクを軽減でき
る。また、回転部材を回転駆動させると、その回転に伴
って発生する流体軸受の動圧発生用溝のポンプ作用で、
ディスク装置の内部の空気が静止部材に設けた排気穴か
ら装置外部へ排気される。その結果、ディスク装置の内
部が減圧されて、回転するディスクの風損が軽減され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態を
示す軸固定，スリーブ回転構造の流体軸受装置を内蔵し
た磁気ディスク装置の断面図である。先ず構成を説明す
ると、流体軸受装置１１は磁気ディスク装置１２の筐体
１２Ａ内に内蔵されており、ベースＢに固定して立設さ
れている静止部材である軸１３に、回転部材であるスリ
ーブ１４が空気潤滑の動圧流体軸受を介して回転自在に
支承されている。すなわち、スリーブ１４は、円筒状の
スリーブ本体１４Ａの上端に、円板状のプラグ１４Ｂを
固着してなる逆カップ状とされ、プラグ１４Ｂの下面の
中心に凸球面状の突起部１５が突設されている。軸１３
は、上端の平面がスラスト受面１３ｓとされ、その中心
にスリーブの突起部１５が当接してスラスト軸受Ｓが構
成されている。もっとも、突起部１５を軸１３の上端の
平面（スラスト受面１３ｓ）の側に設けて、スリーブ１
４の対向面（スラスト軸受面）側を平面としても良い。

【００１１】一方、軸１３の外周面はラジアル受面１３
ｒとされ、そこには上部の溝長さが下部の溝長さより短
い非対称ヘリングボーン状の動圧発生用溝ｍが形成され
ている。そして、このラジアル受面１３ｒに、ラジアル
軸受すき間を介してスリーブ１４の内周面であるラジア
ル軸受面１４ｒを対向させてラジアル流体軸受Ｒが構成
されている。もっとも、動圧発生用溝ｍは、ラジアル受
面１３ｒと限らず、ラジアル軸受面１４ｒに形成しても
良く、あるいはラジアル受面１３ｒとラジアル軸受面１
４ｒとの両方に形成しても良い。

【００１２】軸１３の上端のスラスト受面１３ｓの中
心、突起部１５が当接する位置には、排気穴１７が開口
しており、これより内径が大きい軸中心貫通穴１８に連
通して筐体１２Ａの外部に通じている。軸中心貫通穴１
８には、乾燥剤１９およびフィルタ２０が配設されてい
る。スリーブ１４の本体１４Ａの外周にはハブ２１が一
体に固着されており、このハブ２１の外周に、複数枚の
磁気ディスクＤが押さえ部材２２により装着される。な
お、押さえ部材２２の上面には、バランス修正用の溝２
３が設けてある。また、ハブ２１の下部内周面にロータ
磁石２４が取り付けられると共に、このロータ磁石２４
に周面対向させたステータ２５がベースＢに取り付けら
れており、ロータ磁石２４とステータ２５と図示されな
い駆動制御基板とで駆動モータＭが構成されている。

【００１３】このように構成された流体軸受装置１１
は、内蓋２７と、Ｏリング２８でシールされた外蓋２９
とで二重に覆われて密閉される磁気ディスク装置１２の
筐体１２Ａに内蔵される。本実施の形態のディスク装置
用流体軸受装置には、更に、装置の輸送時や倒置時の抜
け防止手段，静電気除去手段及び塵埃・湿気の侵入防止
手段が設けられている。

【００１４】抜け防止手段は磁気反発式であって、スリ
ーブのプラグ１４Ｂの上面に同心円状に連続あるいは不
連続に配設した厚さ方向の磁極を有する一方の永久磁石
３０と、これとすき間を介して同極対向に内蓋２７の内
面側に固定した他方の永久磁石３１とで構成され、両磁
石３０，３１の磁気反発力によりスリーブ１４の抜けを
阻止する機能を有する。

【００１５】静電気除去手段は導電性の磁性流体を用い
た磁性流体シール装置３２からなるものであって、内蓋
２７の中心に設けられた磁性流体注入用の開口３３の直
下に設置されている。すなわち、内蓋２７の裏面に固定
して突設した円環状の支持部材３４の内周面に、厚さ方
向に着磁した円環状の永久磁石３５と、その上下面を挟
持する２枚の円環状のポールピース３７とで構成した磁
気回路形成部材３８を取り付け、その磁気回路形成部材
３８の中心部の空間内に、スリーブのプラグ１４Ｂの上
面中心に立設した軸部材３９を貫通させている。かくし
て、永久磁石３５，一方のポールピース３７，軸部材３
９，他方のポールピース３７，永久磁石３５と回る磁気
回路が形成される。そして、各ポールピース３７の内周
面と軸部材３９の外周面との間のすきまに、導電性の磁
性流体４０を注入して磁力で保持することにより、環状
のすきまを塞いでシールするとともに、回転部材と静止
部材との間を導通させている。かくして、ディスクＤで
発生した静電気は、それぞれ導電性材でなるハブ２１，
スリーブ１４，導電性の磁性流体４０，内蓋２７，筐体
１２Ａを経て除去される。

【００１６】塵埃・湿気の侵入防止及び除去手段は、先
に述べた軸１３に内蔵のフィルタ２０及び乾燥剤１９の
他に、筐体１２Ａ上部の内蓋２７と外蓋２９との間の空
間に配設した乾燥剤４１、内蓋２７に設けた通気穴部分
４２に配設したフィルタ４３で構成されており、流体軸
受装置１１が非作動の時に磁気ディスク装置１２の外部
から装置内に侵入する塵埃や湿気を除去する機能を有す
る。また、動作時に、動圧発生用溝のポンプ作用で貫通
穴１８から排気する空気を、圧力により容積が変化可能
な例えばゴム風船状の外部タンク（図示せず）に溜めて
おくと、非作動時には外部タンク内の空気が装置内に逆
流するだけなので、外部からの塵埃や湿気の侵入の恐れ
がない。

【００１７】次に作用を述べる。駆動モータＭのステー
タ２９のコイルに駆動制御基板を介して通電すると、ロ
ータ磁石２４を備えたハブ２１がスリーブ１４と共に回
転する。スリーブ１４が回転すると、ラジアル流体軸受
Ｒの非対称動圧発生用ｍのポンプ作用で、磁気ディスク
装置１２内の空気がラジアル軸受面１４ｒとラジアル受
面１３ｒとの間の半径方向すき間に送りこまれる。その
気体圧力によりスリーブ１４はラジアル軸受すき間を維
持しながら軸１３に対しラジアル方向に支承される。同
時に、非対称動圧発生用溝ｍのポンプ作用が上向きによ
り強く作用することから、ラジアル流体軸受Ｒの半径方
向すき間に圧入された気体は、軸１３の上部のスラスト
軸受Ｓに向けて送り出される。その気体圧力によって、
スラスト受面１３ｓに接触していたスリーブ１４がハブ
に搭載した磁気ディスクＤと共に若干浮上する。その浮
上により、いままでスリーブ１４の内面に突設されてい
る突起部１５で塞がれていた軸１３の排気穴１７が開い
て、スラスト軸受Ｓに送り出された空気は貫通穴１８を
通り筐体１２Ａの外部に排出される。そして、ポンプ作
用で発生する圧力と回転部材の自重とが釣り合うところ
で安定浮上し回転する。かくして、空気が外部に排出さ
れるに従い、磁気ディスク装置１２内部は減圧される。
このように回転に伴い装置の内部が減圧される結果、デ
ィスクの風損は大幅に減少する。

【００１８】すなわち、通常、磁気ディスクＤの風損は
高速回転ほど増加するのであるが、本発明の場合は、高
速回転ほど流体軸受部のポンプ作用による排気能力も高
まり装置内部の圧力も回転数に比例して減圧されるの
で、高速回転ほど風損軽減の効果が顕著になるという長
所を有する。さらに、軸受に空気潤滑の流体軸受を用い
ているので軸受トルクも小さい。よって、高速回転にお
いても装置の消費電力が少ない。

【００１９】本実施の形態によれば、磁気ディスクＤで
発生した静電気は、静電気除去手段である導電性の磁性
流体を用いた磁性流体シール装置３２を介して装置外に
除去されるから、静電気帯電による書き込み・読み出し
不良が防止できる。なお、磁性流体シール装置３２の構
造は実施形態例に限定しない。回転が停止すると、減圧
されていた装置内に、外気が軸１３の貫通穴１８から進
入して常圧に回復するが、その進入外気はフィルタ２０
及び乾燥剤１９を通過するため、装置内部への塵挨や湿
気の侵入を防止することができる。

【００２０】また、装置の運搬時などに、装置が傾いた
りあるいは倒置されたとしても、抜け防止手段である永
久磁石３０，３１の磁気反発力によりスリーブ１４の抜
けを阻止することができる。なお、上記の実施形態で
は、ラジアル流体軸受Ｒとして１個の非対称ヘリングボ
ーン状の動圧発生用溝ｍを備え、その回転時のポンプ作
用により装置内部を排気する構成としたが、これに限定
するものではなく、要は動圧発生用溝のポンプ作用によ
り排気できるものであればその他の構成でも良い。例え
ば、一方向スパイラル状溝や一方向スパイラル状溝と対
称ヘリングボーン状溝パターンの動圧発生用溝であって
もよい。

【００２１】また、上記の実施形態では、軸固定，スリ
ーブ回転構造の流体軸受装置としたが、軸回転，スリー
ブ固定構造としてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る本
発明のディスク装置用流体軸受装置によれば、装置の内
部が減圧されるため高速回転時の搭載ディスクの風損が
少なく、しかも潤滑流体に空気を使用しているため軸受
トルクが小さいので、高速回転においても装置の消費電
力を低く押さえることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図である。

【図２】従来のディスク装置用流体軸受装置の一例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１１流体軸受装置１２ディスク装置１３軸（静止部材）１４スリーブ（回転部材）ｍ動圧発生用溝Ｒラジアル流体軸受１７排気穴Ｄ（磁気）ディスクＭ駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中克彦神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA07 BA04 BA10 CA02 5D109 BB01 BB13 BB18 BB21 BB22 BC02 BC12 5H605 BB05 CC02 CC03 CC04 CC05 CC10 EA07 EB06 EB28 5H607 BB01 BB07 BB14 BB17 CC01 DD14 DD17 GG12 JJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスクを装着した回転部材が静止部材
で支持されて回転駆動されるディスク装置用流体軸受装
置において、前記回転部材を空気潤滑の流体軸受を介して前記静止部
材により支持すると共に、その回転部材の回転に伴い発
生する前記空気潤滑流体軸受の動圧発生用溝のポンプ作
用でディスク装置内部の空気を装置外部に排出して減圧
するための排気穴を前記静止部材に設けたことを特徴と
するディスク装置用流体軸受装置。