JP2001254730A - 動圧気体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧気体軸受において、軸受の回転浮上特性
の安定性と信頼性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 固定軸９の自由端に凹部１４を設け、凹
部１４を覆うスラスト板１２に、固定軸９の自由端上部
から凹部１４へと連通する少なくとも一本以上の連通穴
１３を設けることにより、動圧気体軸受装置へのスラス
ト方向の衝撃力に対して、スラスト空間４に発生するス
ラスト圧力の変動を抑え、スリーブ１０の回転の安定性
を向上させることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受応用機器など
に用いられる動圧気体軸受装置に関するもので、とくに
回転時において安定性及び信頼性を有する動圧気体軸受
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディスクを用いた記録装置等の性
能が向上し、データの転送速度も高速化しているため、
この種の記録装置に用いられる回転モータには、高速回
転、高精度回転機能が要求され、そのためモータ部の軸
受装置として、固定軸と軸受側部材であるスリーブとの
隙間内の気体動圧作用によりスリーブを回転支持する動
圧気体軸受装置が用いられてきている。

【０００３】以下、図３〜図５に基づき従来の動圧気体
軸受装置について説明する。

【０００４】図３は従来の動圧気体軸受装置の断面図
で、固定軸９のみは断面ではなく側面を示す。図４は、
スリーブ１０の回転時におけるスリーブ内空間１１内の
気体の圧力のラジアル方向成分のスラスト方向の変化
（以下、ラジアル方向の圧力分布という。）を示す。

【０００５】この動圧気体軸受装置は、固定軸９の軸方
向の一端部がベース７に固定され、その外周面には複数
の動圧発生溝８が設けられ、スリーブ１０の内周面に対
向するように嵌装されている。スリーブ１０上部は中央
に開口２を備えたキャップ３閉塞されており、開口２に
は圧力調整用の通気穴２ａを有する通気板１が取付けら
れている。スリーブ１０の外周面に設けたリング状凹部
１０ａにはマグネット５が、ベース７にはマグネット７
に対向するコイル６が固設されており、ベース７に設け
られたコイル６に電流が流れると、スリーブ１０に取り
付けられたマグネット５とコイル６間に電磁力が発生
し、この電磁力によりスリーブ１０が固定軸９を中心に
回転する。

【０００６】スリーブ１０が回転すると、動圧発生溝８
により後述するポンピング作用が発生し、固定軸９とス
リーブ１０間のスリーブ内空間１１に、気体の圧力の比
較的高い部分が発生する。この圧力により、スリーブ１
０を固定軸９のラジアル方向（遠心方向）に対して支持
する。この時、固定軸９のスラスト方向（軸方向）に沿
った向き（図３の上又は下向き）に圧力差を付けること
もできる。こうすることによって、スリーブ内空間１１
中の気体に、スラスト方向に沿って固定軸９の自由端へ
向かう（図３の上向き）流れが生じる。この流れによ
り、固定軸９の自由端とスリーブ１０のキャップ３との
間隙のスラスト空間４の気体の圧力が高くなる。この圧
力がスリーブ内空間１１を閉塞するキャップ３に作用
し、スリーブ１０をスラスト方向に支持する。固定軸９
の軸方向を実質的に鉛直方向とする場合は、この圧力に
よるスリーブ１０は浮上する。このときの浮上量は、ス
リーブ１０のキャップ３に固定された通気板１に設けた
通気穴２ａによる気体の圧力調整により調整される。

【０００７】以上の構成により、スリーブ１０は固定軸
９との距離を高精度に保ちつつ回転する。

【０００８】前記した動圧発生溝８のポンピング作用と
は、以下のような現象をいう。

【０００９】スリーブ１０等の回転により、固定軸９の
外周面近傍の気体は、主に動圧発生溝８に沿って流れ
る。

【００１０】動圧発生溝８の形状は、気体がスリーブ内
空間１１の一部の領域に集中するような形状に形成され
る。従来例では、図３のような形状である。この場合、
図３及び図４に示すように、スリーブ１０が矢印Ｂ方向
に回転すると、気体は動圧発生溝８の折れ曲り点１１ａ
（図４）近傍に集中し、その領域の圧力が、他の領域よ
り高くなる。このように、気体を低圧部から高圧部へと
移動させる現象をポンピング作用という。

【００１１】このポンピング作用の効果は、動圧発生溝
８の形状または大きさにより異なる。この圧力の差異を
利用して、前述のように固定軸９のスラスト方向に沿っ
て固定軸９の自由端に向かう（以下、スラスト方向上向
きという）気体の流れを起こすことができる。従来例で
は、図４に示すように、スラスト方向上向き成分を含む
流れを起こす動圧発生溝８の領域１１ｃが、スラスト方
向下向き成分を含む流れを起こす領域１１ｄより広いた
め、スリーブ１０が矢印Ｂ方向に回転すると、スラスト
方向上向きの流量が下向きのものよりも多くなり、固定
軸９のスラスト方向に沿った気体の流れが生ずる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来例の動圧
気体軸受装置において、スリーブ１０の固定軸９に対す
るスラスト方向の浮上量を高精度に保つためには、スラ
スト方向の衝撃力に対して、固定軸９の自由端とスリー
ブ１０との間隙のスラスト空間４に発生するスラスト圧
力の変動を抑えることが必要である。

【００１３】しかしながら、従来例の動圧気体軸受装置
の構成では、次の様な問題点がある。

【００１４】図５はスラスト方向の衝撃力に対するスラ
スト空間４内の圧力およびスリーブ１０のスラスト浮上
量の変化を示す変動図で、図５から明らかな通り、スラ
スト方向の衝撃力Ｆに対して、固定軸９の自由端とスリ
ーブ１１との間隙のスラスト空間４に発生するスラスト
圧力Ｐｂが大きく変動し、さらにそれに追随して、スリ
ーブ１０の固定軸９の自由端からのスラスト浮上量ｈｂ
が大きく変動する。この変動により通気板１が固定軸９
の自由端に接触し摩耗を起こし、その結果動圧気体軸受
装置の回転安定性と信頼性に悪影響をおよぼす問題があ
った。

【００１５】本発明は、固定軸９の自由端とスリーブ１
０との間隙のスラスト空間４に発生するスラスト圧力の
変動を抑えることにより、スラスト方向の衝撃力がスリ
ーブ１０に与える影響を小さくし、スリーブ１０の回転
安定性を向上するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の動圧気体軸受装置は、外周面がスリーブの
内周面と対向するように装着された固定軸と、内周面が
固定軸と対向し、上部を中央に通気穴を有する通気板を
装着したキャップで閉塞したスリーブと、固定軸の外周
面又はスリーブの内周面の何れか一方に設けたラジアル
及びスラスト方向動圧発生溝を備え、スリーブ回転駆動
手段によりスリーブを回転駆動する動圧気体軸受装置に
おいて、固定軸の自由端に通気板に対向して凹部を設
け、該凹部を連通穴を有するスラスト板で覆ったことを
特徴とする。

【００１７】上記構成によると、スラスト方向の衝撃力
によるスラスト空間内圧力の変動を通気板の連通穴によ
って連通する凹部内の圧力により緩和し、スリーブのス
ラスト浮上量の変動を防止するので、通気板は軸受装置
の作動中に固定軸の自由端の上面に接触しないため、ス
リーブの回転を安定にすることができる。また、これに
より、通気板と固定軸の自由端の接触による摩耗粉の発
生を抑えることができ、軸受装置の信頼性を高めること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、外周面がスリーブの内周面と対向するように装着さ
れた固定軸と、内周面が固定軸と対向し、上部を中央に
通気穴を有する通気板を装着したキャップで閉塞したス
リーブと、固定軸の外周面又はスリーブの内周面の何れ
か一方に設けたラジアル及びスラスト方向動圧発生溝を
備え、スリーブ回転駆動手段によりスリーブを回転駆動
する動圧気体軸受装置において、固定軸の自由端に通気
板に対向して凹部を設け、該凹部を連通穴を有するスラ
スト板で覆ったことを特徴とするもので、スラスト方向
の衝撃力によるスラスト空間内圧力の変動を通気板の連
通穴によって連通する凹部内圧力により緩和し、スリー
ブのスラスト浮上量の変動を防止するので、通気板は軸
受装置の作動中に固定軸の自由端の上面に接触しないた
め、自由端の上面スリーブとの回転を安定にすることが
でき、また、通気板と固定軸の自由端の接触による摩耗
粉の発生を抑えることができるため、軸受装置の信頼性
を高めることができる作用を有する。

【００１９】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図
１および図２を用いて説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施例である動圧気体軸
受装置の断面図を示し、図２は動圧気体軸受装置にスラ
スト方向の衝撃力が加わった場合のスラスト空間４内の
圧力及びスリーブ１０のスラスト浮上量の変動図を示
す。

【００２１】図１に示すように、固定軸９は軸方向の一
端部がベース７に固定され、その外周面には複数の動圧
発生溝８が設けられ、スリーブ１０の内周面に対向する
ように嵌装されている。スリーブ１０上部は中央に開口
２を備えたキャップ３で閉塞されており、開口２には圧
力調整用の通気穴２ａを有する円盤状の通気板１が固定
軸９と同心となるように取付けられている。

【００２２】固定軸９の自由端面とキャップ３間にはス
ラスト空間４が形成される。またスリーブ１０の外周部
にはベース７側（図１下）向きに開放されたリング上の
凹部１０ａが形成されており、この凹部１０ａ内にはマ
グネット５が取り付けられている。ベース７にはマグネ
ット５に対向するようにリング状のコイル６が取り付け
られている。このリング状のコイル６とマグネット５ａ
がスリーブ１０の回転駆動手段を構成する。

【００２３】コイル６に電流が流れると、マグネット５
とコイル６との間に電磁力が発生し、スリーブ１０が回
転する。この回転により、動圧発生溝８のポンピング作
用でスリーブ内空間１１に増圧部が発生する。この圧力
の総和によりスリーブ１０は固定軸９に対してラジアル
方向に支持される。

【００２４】動圧発生溝８の形状は、従来例と同様にポ
ンピング作用の効果により、スラスト方向に沿った向き
に圧力差が生じるようにしてある。これにより固定軸９
の自由端面近傍においてスラスト方向の気体の圧力成分
が高くなり、この圧力がスリーブ内空間１１を閉塞する
キャップ３に作用し、スリーブ１０をスラスト方向に支
持する。通気板１の中心付近に設けた通気穴２でスラス
ト空間４の気体の圧力を調整し、スリーブ１０の固定軸
９に対するスラスト方向の浮上量を調整する。これによ
り、スリーブ１０は軸９との間隙を高精度に保ちつつ回
転する。

【００２５】固定軸９の自由端の中央で通気板１と対向
する位置に凹部１４が設けられており、この凹部１４は
少なくとも１本以上の連通穴１３を有し、スラスト空間
４と凹部１４を連通するスラスト板１２で覆われてい
る。スリーブ１０の回転中にスラスト空間４の気体の圧
力が高まると共に、凹部１４内の圧力も高まる。この結
果、図２に示すように、スリーブ１０にスラスト方向の
衝撃力Ｆが加わっても、スラスト空間４内の圧力Ｐａ
は、凹部１４内圧力の緩和作用により抑えられ、スラス
ト浮上量ｈａもほとんど変化しないため、通気板１はス
ラスト板１２と接触せず、スリーブ１０をスラスト方向
に浮上することができる。

【００２６】このように本実施の形態では、固定軸９の
自由端とスリーブ１０との間隙のスラスト空間４に発生
するスラスト圧力の変動を、凹部１４による緩和作用に
より抑制するため、スラスト方向の衝撃力がスリーブ１
０に与える影響を小さくし、スリーブ１０の回転安定性
と信頼性が向上する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の動圧気体
軸受装置は、固定軸の自由端に凹部を設け、凹部を一本
以上の連通穴を有するスラスト板で覆った構成としたの
で、動圧気体軸受装置へのスラスト方向の衝撃力に対し
て、固定軸の上面部とスリーブに発生するスラスト圧力
の変動を凹部による緩和作用により抑えることができる
ため、衝撃力がスリーブに与える影響を小さくでき、ス
リーブの回転の安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の動圧気体軸受装置の断面
図である。

【図２】図１の実施の形態におけるスラスト衝撃力に対
するスラスト空間内圧力及びスラスト浮上量の変動図で
ある。

【図３】従来の動圧気体軸受装置の断面図である。

【図４】従来例のスリーブ内空間に発生するラジアル方
向の圧力分布図である。

【図５】従来例のスラスト衝撃力に対するスラスト空間
内圧力及びスラスト浮上量の変動図である。

【符号の説明】

１ 通気板 ２ 開口 ２ａ 通気穴 ３ キャップ ４ スラスト空間 ５ マグネット ６ コイル ７ ベース ８ 動圧発生溝 ９ 固定軸 １０ スリーブ １０ａ スリーブ外周面の凹部 １１ スリーブ内空間 １２ スラスト板 １３ 連通穴 １４ 凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面がスリーブの内周面と対向するよ
   うに装着された固定軸と、内周面が固定軸と対向し、上
   部を中央に通気穴を有する通気板を装着したキャップで
   閉塞したスリーブと、固定軸の外周面又はスリーブの内
   周面の何れか一方に設けたラジアル及びスラスト方向動
   圧発生溝を備え、スリーブ回転駆動手段によりスリーブ
   を回転駆動する動圧気体軸受装置において、固定軸の自
   由端の通気板と対向する位置に凹部を設け、該凹部を連
   通穴を有するスラスト板で覆ったことを特徴とする動圧
   気体軸受装置。