JP2002070848A - 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
の安定性を向上させることを目的とする。 【解決手段】 スリーブ１０の内周面の動圧発生溝８の
上端部と連続する斜め溝１２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、スリ
ーブ１０のスラスト方向の位置変動を抑え、スリーブ１
０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
に用いられてい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、そのためモータの軸受
装置として、固定軸と軸受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５〜図８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５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その正面を示す。図６
（ａ）は、従来の動圧気体軸受装置の正常回転時、図６
（ｂ）はスラスト方向衝撃加担時のそれぞれにおけるス
リーブ１０と固定軸９の位置関係及びスリーブ内空間１
１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、その外周面がスリー
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の内周面にはラジアル及びスラスト負荷を受け
る動圧を発生させるための二対のＶ字状の動圧発生溝８
が設けられている。スリーブ１０の上部は中央に開口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５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５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
よりスリーブ１０は浮上する。このときの浮上量は、ス
リーブ１０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できる。

【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５のような形状である。この場合、
図６（ａ）に示すように、スリーブ１０が固定軸９の自
由端側からみて時計方向である矢印Ｂに回転すると、気
体はＶ字形状を有する動圧発生溝８の折れ曲がり点１１
ａ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）気体の流れも起こすことができる。従来例では、図
６（ａ）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じる。

【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６（ｂ）に示すスラスト方向衝撃力下加
担時のスラスト空間４に発生するスラスト空間圧力Ｐｂ
は図６（ａ）に示す正常回転時のスラスト空間圧力Ｐｂ
に対して高くなり、スリーブ１０の挙動はスラスト方向
上向きに大きく移動する。

【００１５】図８（ｂ）及び図８（ｃ）は図７及び図８
（ａ）に示すスラスト方向の衝撃力下に対するスラスト
空間４内の圧力Ｐｂの変化およびスリーブ１０のスラス
ト浮上量ｈｂの変化をそれぞれ示す変動図で、図８
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から明らかな通り、スラスト方
向の衝撃力Ｆに対して軸９の自由端とスリーブ１０との
間隙に形成されるスラスト空間４に発生するスラスト空
間内圧力Ｐｂが図６（ａ）、（ｂ）で示したように大き
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。その結果、動圧気体軸受装置の回転安定性に悪影響
をおよぼす問題があった。

【００１６】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空間内
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ことを目的とするものである。

【００１７】

【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、固定軸と、内周面が
前記固定軸の外周面に回転可能に対向し、上部を、通気
穴を有する通気板を中央に装着したキャップで閉塞した
スリーブと、前記スリーブのラジアル及びスラスト負荷
を受ける動圧を発生させるための二対の動圧発生溝を前
記スリーブの内周面に備え、回転駆動手段により前記ス
リーブを回転駆動する動圧気体軸受装置において、前記
スリーブの内周面に、前記動圧発生溝の上端部と連続す
る斜め溝を設けたことを特徴とする。

【００１８】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スリーブの内周面の
動圧発生溝の上端部に連続して設けた斜め溝によってス
ラスト空間内の圧力変動を利用し、スリーブのスラスト
浮上量の変動を防止するので、スリーブの回転を安定に
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、固定軸と、内周面が前記固定軸の外周面に回転可能
に対向し、上部を、通気穴を有する通気板を中央に装着
したキャップで閉塞したスリーブと、前記スリーブのラ
ジアル及びスラスト負荷を受ける動圧を発生させるため
の二対の動圧発生溝を前記スリーブの内周面に備え、回
転駆動手段により前記スリーブを回転駆動する動圧気体
軸受装置において、前記スリーブの内周面に、前記動圧
発生溝の上端部と連続する斜め溝を設けたことを特徴と
するもので、スラスト方向の衝撃力によるスラスト空間
内圧力の変動をスリーブの内周面の動圧発生溝の上端部
に連続して設けた斜め溝によってスラスト空間内の圧力
変動を利用し、スリーブのスラスト浮上量の変動を防止
するので、スリーブの回転を安定にすることができる作
用を有する。

【００２０】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図３を用いて説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施の形態における動圧
気体軸受装置の断面図を示し、図２（ａ）は図１に示す
動圧気体軸受装置の正常回転時、また図２（ｂ）はスラ
スト方向衝撃加担時のそれぞれにおけるスリーブ１０と
固定軸９の位置関係及びスリーブ内空間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。図３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。

【００２２】図１に示すように固定軸９が軸方向の一端
部でベース７に固定され、その外周面をスリーブ１０の
内周面に対向させるように嵌装されている。スリーブ１
０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。

【００２３】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下側）向きに開放されたリング状
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５
がスリーブ１０の回転駆動手段を構成する。

【００２４】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、スリーブ１０の内周面に設け
た動圧発生溝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１
０は固定軸９に対してラジアル方向に支持される。

【００２５】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
によって圧力差が生じるようにしてある。これにより軸
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内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は固定軸９との間隙を高精度に保
ちつつ回転する。

【００２６】スリーブ１０の内周面の動圧発生溝８の上
端部と連続して斜め溝１２が設けられている。図２
（ｂ）に示すように、スリーブ１０にスラスト方向の衝
撃力Ｆが加わったとき、斜め溝１２によりスラスト空間
４内の圧力Ｐａは、低くなる。この結果、図４（ｂ）、
４（ｃ）に示すように、スラスト空間４内の圧力の低下
によりスリーブ１０の浮き上がり挙動を抑制することが
でき、スラスト方向の浮上量ｈａもほとんど変化しない
ため、スリーブ１０の回転を安定にすることができる。

【００２７】このように本実施の形態では、斜め溝１２
により、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、スリー
ブ１０のスラスト方向過浮上抑制に利用し、スリーブ１
０のスラスト方向の位置変動を低減でき、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でき、ス
リーブ１０の回転安定性が向上する。

【００２８】

【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、スリーブの内周面の動圧発生溝の上端部と
連続する斜め溝を設けた構成としたので、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
部とスリーブとの間隙のスラスト空間に発生するスラス
ト圧力の変動をスラスト過浮上抑制に利用し、スリーブ
のスラスト方向の位置変動を低減することができるた
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】本発明の一実施の形態の動圧気体軸受装置の断
面図

【図２】（ａ）図１に示す動圧気体軸受装置の正常回転
時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 （ｂ）図１に示す動圧気体軸受装置の衝撃加担時のスリ
ーブ内空間に発生するラジアル方向の圧力分布図

【図３】スラスト方向衝撃力に対するスラスト浮上量を
説明する図

【図４】（ａ）スリーブに加わる衝撃力を示す図 （ｂ）本図（ａ）に示す衝撃力によるスラスト空間内圧
力の低下を示す図 （ｃ）スリーブの浮上量を示す図

【図５】従来の動圧気体軸受装置の断面図

【図６】（ａ）図５に示す従来例における正常回転時の
スリーブ内空間に発生するラジアル方向の圧力分布図 （ｂ）図５に示す従来例における衝撃力加担時のスリー
ブ内空間に発生するラジアル方向の圧力分布図

【図７】従来例におけるスラスト方向衝撃力に対するス
ラスト浮上量を説明する図

【図８】（ａ）従来例において、スリーブに加わる衝撃
力を示す図 （ｂ）本図（ａ）に示す衝撃力によるスラスト空間内圧
力の低下を示す図 （ｃ）スリーブの浮上量を示す図

【符号の説明】

１ 通気板 ２ａ 通気穴 ３ キャップ ４ スラスト空間 ８ 動圧発生溝 ９ 固定軸 １０ スリーブ １２ 斜め溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定軸と、内周面が前記固定軸の外周面
   に回転可能に対向し、上部を、通気穴を有する通気板を
   中央に装着したキャップで閉塞したスリーブと、前記ス
   リーブのラジアル及びスラスト負荷を受ける動圧を発生
   させるための二対の動圧発生溝を前記スリーブの内周面
   に備え、回転駆動手段により前記スリーブを回転駆動す
   る動圧気体軸受装置において、前記スリーブの内周面
   に、前記動圧発生溝の上端部と連続する斜め溝を設けた
   ことを特徴とする動圧気体軸受装置。