JP2001295833A - スラスト動圧軸受 - Google Patents

スラスト動圧軸受

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JP2001295833A
JP2001295833A JP2000115952A JP2000115952A JP2001295833A JP 2001295833 A JP2001295833 A JP 2001295833A JP 2000115952 A JP2000115952 A JP 2000115952A JP 2000115952 A JP2000115952 A JP 2000115952A JP 2001295833 A JP2001295833 A JP 2001295833A
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Yozo Kita
洋三 喜多
Shigeo Obata
茂雄 小幡
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転起動時のスラスト板の浮上が早く、潤滑
流体の回転抵抗が小さいスラスト動圧軸受を提供する。 【解決手段】 スラスト板2の上面2aに第1の動圧発
生手段6として動圧発生溝6aを形成し、スラスト板2
の下面2bに第2の動圧発生手段7として動圧発生溝7
aを形成する。動圧発生溝6aの深さh1を動圧発生溝
7bの溝の深さh2よりも深くして、第2の動圧発生手
段7が発生する動圧を第1の動圧発生手段6が発生する
動圧よりも大きく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転を円滑に
行う回転機械の軸の軸端に設けられたスラスト板で軸方
向の支持を行うスラスト動圧軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来のスラスト動圧軸受を示
す。図7(a)に示すように、スラスト動圧軸受は、軸
1とこの軸1の下端に設けられたスラスト板2とから成
る軸部3と、この軸部3を収納するハウジング4とを備
え、軸部3とハウジング4とのすき間には潤滑流体5が
充填されている。
【0003】スラスト板2の上面2aには、軸部3とハ
ウジング4との相対回転により動圧を発生する第1の動
圧発生手段6が形成されており、スラスト板2の下面2
bには、前記相対回転により動圧を発生する第2の動圧
発生手段7が設けられている。
【0004】第1の動圧発生手段6と第2の動圧発生手
段7は動圧発生溝で構成され、図7(b)に示すよう
に、スラスト板2の上面2aには第1の動圧発生手段と
して動圧発生溝6cが形成されており、図7(c)に示
すように、スラスト板2の下面2bには動圧発生溝6c
と同一形状で同一深さの動圧発生溝7cが形成されてい
る。
【0005】そして、軸部3とハウジング4とが相対的
に回転移動すると、動圧発生溝6c,7cにより誘起さ
れる潤滑流体5の動圧によって回転が保持される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一般にスラスト動圧軸
受では、図8に示すように軸部3が鉛直方向に設置され
た場合、スラスト板2の下面2bに発生する潤滑流体5
の動圧による上向きの力Uで軸部3が鉛直方向に浮上さ
れ、回転が保持される。
【0007】ところが、上記のように構成されたスラス
ト動圧軸受では、スラスト板2の上面2aにも動圧発生
溝6cが形成されていることにより、スラスト板2の上
面2aには動圧による下向きの力Dが発生する。この下
向きの力Dは、スラスト板2の上面2aに形成された動
圧発生溝6cと、下面2bに形成された動圧発生溝7c
が同一形状で同一深さであるため、上下の軸受のすき間
8a、8bが等しい場合には、スラスト板2の下面2b
に発生する上向きの力Uと同じ大きさになる。
【0008】このスラスト板2の上面2aに発生する下
向きの力Dは、回転起動時には、スラスト板2の早期浮
上を抑制する力として働くため、スラスト板2の下面2
bとこれに対向するハウジング4の受け面4bが接触し
ながら回転する時間が長くなり、摩耗が進み、軸受の寿
命が短くなるという問題がある。
【0009】また下向きの力Dは、定常の回転時には、
軸部3の重量Gとともに軸受の負荷荷重として作用する
ため、スラスト板2の浮上量が低下して下側の軸受すき
間8bが小さくなるため、潤滑流体の粘性に起因する回
転抵抗が大きくなるという問題がある。
【0010】本発明は前記問題点を解決し、回転起動時
のスラスト板の浮上が早くて軸受寿命が長く、定常回転
時には潤滑流体の粘性力に起因する回転抵抗を小さくで
きるスラスト動圧軸受を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のスラスト動圧軸
受は、第2の動圧発生手段が発生する動圧を第1の動圧
発生手段が発生する動圧よりも大きく設定したことを特
徴とする。
【0012】本発明によると、起動時の軸方向の浮上が
早く、定常回転時における潤滑流体の回転抵抗の小さい
スラスト動圧軸受を実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載のスラスト
動圧軸受は、軸の周囲をハウジングで覆うとともに前記
軸の下端にスラスト板を設けた軸部を有し、前記軸部と
ハウジングとのすき間に流体を充填し、前記軸と前記ハ
ウジングが相対的に回転するスラスト動圧軸受におい
て、前記スラスト板の上面とこれと対向する前記ハウジ
ングの対向面のうちの少なくとも一方に前記相対回転に
よって動圧を発生する第1の動圧発生手段を形成し、前
記スラスト板の下面とこれと対向する前記ハウジングの
対向面のうちの少なくとも一方に前記相対回転によって
動圧を発生する第2の動圧発生手段を形成し、第1の動
圧発生手段と第2の動圧発生手段は、第2の動圧発生手
段が発生する動圧を第1の動圧発生手段が発生する動圧
よりも大きく設定したことを特徴とする。
【0014】本発明の請求項2記載のスラスト動圧軸受
は、請求項1において、第1の動圧発生手段と第2の動
圧発生手段を動圧発生溝で構成し、第1の動圧発生手段
における動圧発生溝の深さを、第2の動圧発生手段にお
ける動圧発生溝の溝の深さよりも深くして、第2の動圧
発生手段が発生する動圧を第1の動圧発生手段が発生す
る動圧よりも大きく設定したことを特徴とする。
【0015】本発明の請求項3記載のスラスト動圧軸受
は、請求項1において、第1の動圧発生手段と第2の動
圧発生手段をそれぞれ動圧発生溝で構成し、第2の動圧
発生手段における前記対向面との第2の有効対向面積
を、第1の動圧発生手段における前記対向面との第1の
有効対向面積よりも大きくして、第2の動圧発生手段が
発生する動圧を第1の動圧発生手段が発生する動圧より
も大きく設定したことを特徴とする。本発明の請求項4
記載のスラスト動圧軸受は、請求項3において、第2の
有効対向面積が第1の有効対向面積よりも大きくなるよ
うに、第1の動圧発生手段を構成するスラスト板の上面
とこれと対向する前記ハウジングの対向面のうちの少な
くとも一方に前記軸部と同心状の切り込み溝を形成した
ことを特徴とする。
【0016】以下、本発明の実施の形態について図1か
ら図6を用いて説明する。なお、従来例を示す図7,図
8と同様の構成をなすものには同一の符号を付けて説明
する。
【0017】(実施の形態1)図1〜図4は、本発明の
(実施の形態1)を示す。この(実施の形態1)では、
第1の動圧発生手段6と第2の動圧発生手段7を設け
て、第2の動圧発生手段7が発生する動圧を第1の動圧
発生手段6が発生する動圧よりも大きく設定した点で上
記従来例とは異なる。
【0018】図1に示すように、軸1とこの軸1の下端
に設けられたスラスト板2とから成る軸部3と、この軸
部3を収納するハウジング4とを備え、軸部3とハウジ
ング4との間には潤滑流体5が充填されている。
【0019】スラスト板2の上面2aには、軸部3とハ
ウジング4の相対回転によって動圧を発生する第1の動
圧発生手段6として動圧発生溝6aが形成されている。
また、スラスト板2の下面2bには、軸部3とハウジン
グ4の相対回転によって動圧を発生する第2の動圧発生
手段7として動圧発生溝7aが形成されている。
【0020】第1の動圧発生手段6としての動圧発生溝
6aの深さh1は、第2の動圧発生手段7としての動圧
発生溝7aの深さh2よりも深く形成されている。溝の
深さ以外は全く同一の仕様である。
【0021】動圧発生溝6a,7aの深さh1,h2の
深さは、図2,図3に示すグラフより設定される。ま
ず、スラスト板2の下面2bに形成される動圧発生溝7
aは、軸部3の重量を支えるために大きな軸受荷重を必
要とするため、溝の深さh2は最大軸受荷重が得られる
近傍の範囲Aの深さに設定される。
【0022】一方、スラスト板2の上面2aに形成され
る動圧発生溝6aは、大きな軸受荷重を必要とせず、回
転抵抗を小さくしたいため、溝の深さh1は軸受荷重お
よび回転抵抗トルクが動圧発生溝7aによる値よりも小
さくなる範囲Bの深さに設定される。
【0023】上記のように構成されたスラスト動圧軸受
では、軸部3とハウジング4が相対回転すると、図4に
示すように、第2の動圧発生手段7としての動圧発生溝
7aが発生する動圧が第1の動圧発生手段6としての動
圧発生溝6aが発生する動圧よりも大きくなるため、上
向きの力U1よりも下向きの力D1が小さくなるととも
に、潤滑流体5の粘性に起因する回転抵抗も小さくな
る。
【0024】また、スラスト板2の浮上を抑制する下向
きの力D1が小さくなるため、回転起動時には、従来に
くらべてスラスト板2の浮上が早くなり、スラスト板2
の下面2bとこれに対向するハウジングの受け面4bと
の間の摩耗が少なくなり、軸受の寿命が長くなる。
【0025】また定常回転時には、スラスト板2の下面
2bとハウジング4の受け面4bとの間隔8bが大きく
なるため、スラスト板2の下面2bに作用する潤滑流体
5の粘性力に起因する回転抵抗は従来にくらべて小さく
なる。
【0026】(実施の形態2)図5および図6は本発明
の(実施の形態2)を示す。この(実施の形態2)で
は、第2の動圧発生手段7が発生する動圧を第1の動圧
発生手段6が発生する動圧よりも大きく設定するため
に、第2の動圧発生手段7における第2の有効対向面積
を第1の動圧発生手段6における第1の有効対向面積よ
りも大きくした点で異なるが、それ以外の構成は上記
(実施の形態1)と同様である。
【0027】図5(a)に示すように、図1と同様に構
成されたスラスト動圧軸受において、第2の動圧発生手
段7としてスラスト板2の下面2aには動圧発生溝7b
が形成されている。
【0028】スラスト板2の上面2aには、図5(b)
に示すように、軸1と同心状の切り込み溝9が形成され
ており、切り込み溝9の外周部に第1の動圧発生手段6
として動圧発生溝6bが形成されている。また、動圧発
生溝6bの開口部の面積は、スラスト板2の下面2bに
形成された動圧発生溝7bの開口部の面積よりも小さく
なるよう設定されている。
【0029】従って、図5(c)に示すスラスト板2の
下面2bに設けられた第1の動圧発生手段6のハウジン
グ4の受け面4bとの第2の有効対向面積は、図5
(b)に示すスラスト板2の上面2aに設けられた第1
の動圧発生手段6のハウジング4の受け面4aとの第1
の有効対向面積よりも大きくなる。
【0030】上記のように構成されたスラスト動圧軸受
では、軸部3とハウジング4が相対回転すると、図6に
示すように、第2の動圧発生手段7としての動圧発生溝
7bが発生する動圧が第1の動圧発生手段6としての動
圧発生溝6bが発生する動圧よりも大きくなるため、上
向きの力U2よりも下向きの力D2が小さくなる。
【0031】このような構成によっても上記実施の形態
と同様の効果が得られる。なお、上記の説明では、スラ
スト板2の上面2aに軸1と同心状の切り込み溝9を形
成して、第1の動圧発生手段6の有効対向面積が小さく
なるように動圧発生溝の開口面積の調整あるいは本数の
調整などによって有効対向面積が第2の動圧発生手段7
の有効対向面積よりも小さくなるよう設定してもよい。
【0032】また、上記各実施の形態では、第1の動圧
発生手段6と第2の動圧発生手段7としてスラスト板2
に動圧発生溝を形成したが、スラスト板2とこのスラス
ト板2と対向するハウジング4の少なくとも一方の側面
に、第1,第2の動圧発生手段6,7を設けても同様の
効果が得られる。同様に、上記(実施の形態2)でスラ
スト板2に形成した切り込み溝9についても、ハウジン
グ4の側に設けることも可能である。
【0033】また、上記説明では、ハードディスクのス
ピンドルモータに使用するスラスト動圧軸受を例に挙げ
て説明したが、ビデオテープレコーダ(VTR)、レー
ザプリンタ用ポリゴンモータ、CDやDVDなど光ディ
スクのドライブのスピンドルモータなど情報機器用のス
ラスト動圧軸受についても適用できる。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明のスラスト動圧軸受
によれば、スラスト板の上面とこれと対向するハウジン
グの対向面のうちの少なくとも一方に第1の動圧発生手
段を形成し、前記スラスト板の下面とこれと対向する前
記ハウジングの対向面のうちの少なくとも一方に第2の
動圧発生手段を形成し、前記第2の動圧発生手段が発生
する動圧を前記第1の動圧発生手段が発生する動圧より
も大きくなるよう設定することで、回転起動時にスラス
ト板が早く浮上してスラスト板の下面とハウジングの受
け面が接触しながら回転する時間が短くなり、スラスト
板の下面とハウジングの受け面の摩耗が減少するため、
軸受寿命の長いスラスト動圧軸受が実現できる。
【0035】また、スラスト板の上面で発生する力が小
さくなることで、軸受の負荷荷重が減少し、潤滑流体の
粘性力に起因する回転抵抗が小さいスラスト動圧軸受が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の(実施の形態1)におけるスラスト軸
受の断面図
【図2】スラスト軸受における動圧発生溝の深さと軸受
荷重の関係を表すグラフ
【図3】スラスト軸受における動圧発生溝の深さと回転
抵抗トルクの関係を表すグラフ
【図4】同実施の形態におけるスラスト軸受の力の関係
を示す図
【図5】本発明の(実施の形態2)におけるスラスト軸
受の構成を示す断面図および平面図
【図6】同実施の形態におけるスラスト軸受の力の関係
を示す図
【図7】従来のスラスト軸受の断面図および平面図
【図8】従来のスラスト軸受の力の関係を示す図
【符号の説明】
1 軸 2 スラスト板 2a スラスト板上面 2b スラスト板下面 3 軸部 4 ハウジング 6 第1の動圧発生手段 7 第2の動圧発生手段 6a,6b 動圧発生溝 7a,7b 動圧発生溝 9 切り込み溝

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸の周囲をハウジングで覆うとともに前記
    軸の下端にスラスト板を設けた軸部を有し、前記軸部と
    ハウジングとのすき間に流体を充填し、前記軸と前記ハ
    ウジングが相対的に回転するスラスト動圧軸受におい
    て、 前記スラスト板の上面とこれと対向する前記ハウジング
    の対向面のうちの少なくとも一方に前記相対回転によっ
    て動圧を発生する第1の動圧発生手段を形成し、 前記スラスト板の下面とこれと対向する前記ハウジング
    の対向面のうちの少なくとも一方に前記相対回転によっ
    て動圧を発生する第2の動圧発生手段を形成し、 第1の動圧発生手段と第2の動圧発生手段は、第2の動
    圧発生手段が発生する動圧を第1の動圧発生手段が発生
    する動圧よりも大きく設定したスラスト動圧軸受。
  2. 【請求項2】第1の動圧発生手段と第2の動圧発生手段
    を動圧発生溝で構成し、 第1の動圧発生手段における動圧発生溝の深さを、第2
    の動圧発生手段における動圧発生溝の溝の深さよりも深
    くして、第2の動圧発生手段が発生する動圧を第1の動
    圧発生手段が発生する動圧よりも大きく設定した請求項
    1記載のスラスト動圧軸受。
  3. 【請求項3】第1の動圧発生手段と第2の動圧発生手段
    をそれぞれ動圧発生溝で構成し、 第2の動圧発生手段における前記対向面との第2の有効
    対向面積を、第1の動圧発生手段における前記対向面と
    の第1の有効対向面積よりも大きくして、第2の動圧発
    生手段が発生する動圧を第1の動圧発生手段が発生する
    動圧よりも大きく設定した請求項1記載のスラスト動圧
    軸受。
  4. 【請求項4】第2の有効対向面積が第1の有効対向面積
    よりも大きくなるように、第1の動圧発生手段を構成す
    るスラスト板の上面とこれと対向する前記ハウジングの
    対向面のうちの少なくとも一方に前記軸部と同心状の切
    り込み溝を形成した請求項3記載のスラスト動圧軸受。
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