JP2002070863A - 動圧流体スラスト軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧流体スラスト軸受装置の浮上量とその安
定性の確保を目的とする。 【解決手段】 スラスト板３の両面の動圧発生溝２の内
周側もしくは外周側の少なくとも一方の非動圧溝部の長
さを動圧発生溝２で得られるスラスト板３の浮上量の２
０倍以下にすることによりスラスト軸受部へのオイル流
入抵抗が小さくできるので動圧流体スラスト軸受装置の
浮上量と安定性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】近年、事務機器や民生機器に
使われている各種モータでは小型化、高速化、高精度化
等が要求されており、ラジアル軸受、スラスト軸受共に
動圧発生溝を有する動圧流体軸受の必要性が高まってい
る。本発明は、高精度回転に最適な動圧流体スラスト軸
受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下図面を参照しながら、従来の動圧流
体スラスト軸受装置の一例について説明する。図６は従
来の動圧流体スラスト軸受装置の主要部断面図である。
図６において、１１は軸であり、両面に動圧発生溝１２
を有するスラスト板１３が圧入等の方法で固定されてい
る。この動圧発生溝１２の実際の形状は、図７に示すよ
うに円盤状のスラスト板１３の両面に設けられた、軸１
１の回転方向Ａとは逆方向へ延びる略Ｖ字形状の溝であ
る。１４はスリーブ、１５は止め板で、共に動圧発生溝
１２に近接対向するよう構成してある。なお、止め板１
５は図示しないネジ止めなどの方法でスリーブ１４へ固
定されている。一方、軸１１の一部には動圧流体ラジア
ル軸受を形成するためにラジアル動圧発生溝１６が設け
られ、ここと近接対向するようスリーブ１４にはラジア
ル突起部１７が設けられている。なお、動圧を発生する
ためのオイルはあえて図示していないが、スリーブ１
４、止め板１５、スラスト板１３、軸１１で囲まれた空
間に充満されている。

【０００３】以上のように構成された従来の動圧流体ス
ラスト軸受について、以下その動作を説明する。図６に
おいて、軸１１は図示しないモータ構成部品により矢印
Ａ方向へ回転される。これにより動圧流体ラジアル軸受
部では、軸１１に設けられたラジアル動圧発生溝１６に
より図示しないオイルがそのＶ型形状の中央部へかき集
められることで動圧が発生し、軸１１はスリーブ１４に
対しラジアル方向は非接触で回転することとなる。また
動圧流体スラスト軸受部でも同様に、動圧発生溝１２が
図７に示すような略Ｖ字状の溝形状であるため、図示し
ないオイルがそのＶ字状中央部へかき集められることで
動圧が発生し、スラスト方向でも軸１１は、スリーブ１
４、止め板１５に対し非接触で回転することとなる。な
お、スラスト板１３の両面に動圧発生溝１２を設ける理
由は、両面のスラスト方向の浮上量Ｂを確保するためで
ある。具体的には片面の動圧発生溝１２で得られる浮上
量よりも近接対向する浮上量Ｂを小さく設定すること
で、スラスト板１３が両面の動圧発生溝１２による動圧
で挟み付けられ、両面の浮上高さが共にＢとなるよう規
制されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、実際得られる浮上高さＢが確保できずか
つ安定しないという課題が発生する。この原因を以下に
説明する。軸１１が停止している時は、当然動圧が発生
していないのでスラスト板１３はそれ自体の重量を含む
回転体の重量により止め板１５に密着している。次にこ
の状態から軸１１が回転を始めると、止め板１５側の動
圧発生溝１２がオイルをかき集めて浮上を始めようとす
るが、この時の浮上量に見合う量のオイルがスラスト板
１３の外周部もしくは内周部から供給される必要があ
る。しかしながら実際には、スラスト板１３の最内周側
と最外周側の非動圧溝部がオイル流入時の抵抗となるの
で、止め板１５側の動圧発生溝１２では十分な動圧が発
生しない。具体的には、両面の浮上量Ｂを１０μｍで設
計し、この浮上量Ｂに見合う動圧発生溝１２を形成して
いても、非動圧溝部の長さＣが５００μｍの時はオイル
の流入抵抗が極めて大きくなり、実際の止め板１５側の
浮上高さＢは４μｍ前後しか得られない。更にこの少な
い浮上量Ｂは非動圧溝部の抵抗に起因するので、回転中
に外部から振動を与えたり軸受の姿勢を逆向きにするな
どの外乱を与えると、止め板側１５とスリーブ１４側浮
上量Ｂが同じになったり、逆にスリーブ１４側の浮上量
Ｂが小さくなったりするなど、浮上量Ｂが安定しないこ
とが容易に想像できる。

【０００５】この結果、このような課題を有する動圧流
体スラスト軸受装置では、まず軸１１とスラスト板１３
との取付の直角度が悪い時に、浮上量Ｂが小さい分コス
レ易いので焼き付きを起こしやすいという問題があっ
た。またスラスト動圧軸受の製造工程においても浮上量
Ｂが安定していないので、浮上量Ｂの検査、確認工程自
体に意味が無く、結果製造時の品質確保が困難となると
いう問題も有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の第１の発明は、動圧発生溝の内周側もしくは
外周側の少なくとも一方の非動圧溝部の長さを、前記動
圧発生溝で得られる浮上高さの２０倍以下の長さにする
ことで、オイルが流入するときの抵抗を大幅に低減で
き、浮上量の確保と安定化を実現する。

【０００７】また本発明の第２の発明では、動圧発生溝
２の内周側と外周側から動圧発生溝へ至る少なくとも一
方に開口部を設け、この開口部のオイル流路面積を、動
圧発生溝の内周側と外周側に接する動圧発生溝のオイル
流路面積より大きくすることで、オイルが流入するとき
の抵抗を大幅に低減でき、浮上高さの確保と安定化を実
現できる。また本発明の第３の発明では、動圧発生溝の
内周側もしくは外周側の少なくとも一方の非動圧溝部に
対向するスリーブと止め板に前記動圧発生溝の面積より
大きな面積を有する逃がし部を設けることで、オイルが
流入するときの抵抗を大幅に低減でき、浮上高さの確保
と安定化を実現できる。また本発明の第４の発明では、
動圧発生溝をスリーブと止め板に設けた構成において、
スリーブと止め板の動圧発生溝の内周側もしくは外周側
の少なくとも一方のスラスト板側の対向面に段差部を設
けることでオイルが流入するときの抵抗を大幅に低減で
き、浮上高さの確保と安定化を実現できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施形態につ
いて図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態に
おける動圧流体スラスト軸受装置の主要部断面図であ
る。図１において、１は軸であり、両面に動圧発生溝２
を有するスラスト板３が圧入等の方法で固定されてい
る。なお動圧発生溝２の実際の形状は、図７に示す従来
例と全く同様であり、説明は省略する。４はスリーブ、
５は止め板で、共に動圧発生溝２に近接対向する面を有
して構成される。なお、止め板５は図示しないネジ止め
などの方法でスリーブ４へ固定されている。一方、軸１
の一部には動圧流体ラジアル軸受を形成するためにラジ
アル動圧発生溝６が設けられ、ここと近接対向するよう
スリーブ４にはラジアル突起部７が設けられている。な
お、動圧を発生するためのオイルはあえて図示していな
いが、従来例同様スリーブ４、止め板５、スラスト板
３、軸１で囲まれた空間に充満されている。

【０００９】以上のように構成された動圧流体スラスト
軸受の動作は以下の通りである。軸１が図示しないモー
タ構成部品により矢印Ａ方向へ回転すると、ラジアル軸
受部では軸１に設けられたラジアル動圧発生溝６により
図示しないオイルがそのＶ字形状の中央部へかき集めら
れることで動圧が発生し、軸１はスリーブ４に対しラジ
アル方向は非接触で回転することになる。またスラスト
軸受部でも同様に、動圧発生溝２が略Ｖ溝形状であるた
め、図示しないオイルがＶ字形状の中央部へかき集めら
れることで動圧が発生するので、スラスト方向でも軸１
とスラスト板３はスリーブ４、止め板５に対し非接触で
回転することとなる。なお、スラスト板３の両面に動圧
発生溝２を設ける理由も従来例と全く同じであり、説明
は省略する。

【００１０】従来例と異なるのは、スラスト板３の非動
圧溝部の長さＣを小さくした点であり、以下詳細に説明
する。

【００１１】従来例においては非動圧溝部の長さＣがオ
イルの流入時の抵抗となり、結果浮上量Ｂの確保と安定
化に問題が生じると説明したが、この抵抗は小さいほど
良いが０である必要はない。これは、非動圧溝部の有無
に関わらずオイルは狭い動圧発生溝２の中を通るため
で、目安としてはこの動圧発生溝２の面積に比べ小さい
抵抗とすればよい。このことは非動圧溝部の長さＣは小
さくする必要はあるが０とする必要はないことを示す。

【００１２】更に現実的な問題としては、浮上量Ｂにス
ラスト板３の直角度やスラスト板３の軸１への取付誤差
によるフレの影響、更には設計した浮上量Ｂに対して現
実の浮上量Ｂをどの程度まで許容するかなどを考慮して
決定する必要がある。

【００１３】図２は設計での浮上量Ｂが１０μｍの動圧
流体スラスト軸受装置を１２０００ｒｐｍで回転させる
ときの、実際に得られる浮上量Ｂが非動圧溝部長さＣに
よりどのように変化するかを実験、実測した結果を示す
グラフである。図２において、上記したようにスラスト
板３のフレ量を３μｍ、余裕を２倍と見積もると、最低
でも浮上量Ｂは約６μｍが必要であり、結果として非動
圧溝部の長さＣは０．２ｍｍ以下にすれば良いことにな
る。

【００１４】一方ここで浮上量Ｂを小さく設計する場合
を考えると、浮上量Ｂが小さくなること自体でオイルの
流入抵抗は増えるので、非動圧溝部の長さＣが同じ０．
２ｍｍのままでは結果としてオイルの抵抗が大きくなる
ことは容易に理解できる。すなわち非動圧溝部の長さＣ
は０．２ｍｍという長さ自体に意味があるのではなく、
浮上量Ｂと関連して決定される長さであり、単純には浮
上量Ｂが半分ならＣも半分とすればよい。

【００１５】以上から図２で示す非動圧溝部長さＣの
０．２ｍｍは、浮上量１０μｍの２０倍と考えればよ
い。なお、本実施形態では、動圧発生溝２の内周側と外
周側共に非動圧溝部の長さＣを浮上量Ｂの２０倍以下と
したが、内周側、もしくは外周側のいずれか一方だけを
浮上量の２０倍以下にしても良い。また当然のことなが
ら、非動圧溝部の長さＣが０の時に浮上量Ｂは最も大き
くかつ安定することになる。

【００１６】以上の説明から明らかなように本実施形態
では、非動圧溝部の長さＣを浮上量Ｂの２０倍以下とす
ることで実質的に十分な浮上量Ｂが得られるので、部品
精度に起因するコスレが発生しない動圧流体スラスト軸
受を実現でき、かつ浮上量検査を行うことで製造時の品
質確保も可能となる。

【００１７】以下本発明の第２の実施形態について図３
を用いて説明する。なお図３では、第１の実施形態の構
成と同一機能部品には同一番号を付与し、構成とその動
作の共通部分の説明は省略する。図３において、図１と
異なる点はスラスト板３の両面に設けた動圧発生溝２の
内周側と外周側に開口部Ｄを設けてある点にある。更に
この開口部Ｄの大きさは、開口部Ｄと動圧発生溝２の最
内周または最外周の周長との積で表される面積が、動圧
発生溝２の深さＥと動圧発生溝２の最内周または最外周
の周長、および動圧発生溝２の溝本数との積で表される
面積より同等以上の大きさとなるよう設けてある。すな
わち、動圧発生溝２を通るオイルの流路面積より大きい
面積のオイル流路面積が、動圧発生溝２の内周側と外周
側に設けた構成にしてある。

【００１８】以上のように構成した動圧流体スラスト軸
受装置の動作は、以下の通りである。動圧発生溝２の内
周側と外周側から動圧発生溝２へ至る開口部Ｄでのオイ
ル流入抵抗が、少なくとも動圧発生溝２の中を通るオイ
ルの抵抗よりより小さく設けてあるので、第１の実施形
態と同様にオイルの流入抵抗を十分小さくでき、十分な
浮上量Ｂとその安定性が確保できることになる。なおこ
の開口部Ｄの大きさを、動圧発生溝２の深さＥと同等以
上とすればより効果的であることは言うまでもない。

【００１９】以上の説明から明らかなように本発明の第
２の実施形態では、動圧発生溝２の内周側と外周側から
動圧発生溝へ至る少なくとも一方の開口部を、その流路
面積が、ここに接する動圧発生溝２の流路面積より大き
くすることにより十分な浮上量Ｂが得られるので、部品
精度に起因するコスレが発生しない動圧流体スラスト軸
受を実現でき、かつ製造時も浮上量Ｂの検査を行うこと
で品質確保も可能となる。

【００２０】次に本発明の第３の実施形態について図４
を用いて説明する。なお図４でも、第１の実施形態と同
一機能部品には同一番号を付与し、構成とその動作の共
通部分の説明は省略する。図４において図１と異なる点
は、動圧発生溝２の内周側と外周側の非動圧溝部の長さ
Ｃに対向するスリーブ４と止め板５に、逃がし部Ｆを設
けてあることである。この逃がし部Ｆの大きさは、逃が
し部Ｆと動圧発生溝２の内周側または外周側の周長との
積で表される面積が、動圧発生溝２の深さＥと動圧発生
溝２の接する最内周または最外周の周長、および動圧発
生溝２の溝本数との積で表される面積より同等以上の大
きさとなるよう設けてある。このことにより逃がし部Ｆ
でのオイルの流入抵抗は、動圧発生溝２の中を通るオイ
ルの流入抵抗より小さく構成されることになる。

【００２１】以上のように構成した動圧流体スラスト軸
受装置の動作は、内周側と外周側に設けた逃がし部Ｆを
通るオイルの流入抵抗が、少なくとも動圧発生溝２の中
を通るオイルの抵抗よりより小さく設けてあるので、十
分な浮上量Ｂが確保できると共に、浮上量Ｂの安定化も
可能となる。なお、逃がし部Ｆの大きさは深くしすぎて
も影響しないので、例えばスリーブ４を施盤で加工する
ときのバイトの逃げ形状と共用しても良い。

【００２２】以上の説明から明らかなように本発明の第
３の実施形態では、内周側もしくは外周側の少なくても
一方の非動圧溝部の長さＣに対向するスリーブ４と止め
板５に逃がし部Ｆを設けることにより、十分な浮上量Ｂ
とその安定性が得られるので、部品精度に起因するコス
レが発生しない動圧流体スラスト軸受装置を実現でき、
かつ製造時に浮上量Ｂを検査できるので品質確保も可能
となる。

【００２３】次に本発明の第４の実施形態について図５
を用いて説明する。なお図５でも、第１の実施形態と同
一機能部品には同一番号を付与し、構成とその動作の共
通部分の説明は省略する。図５において図１と異なる点
は、動圧発生溝２がスリーブ４と止め板５に設けられ、
スラスト板３には動圧発生溝２より内周側と外周側に段
差部Ｇが対向して設けられたことにある。この段差部Ｇ
の大きさは、段差部Ｇと動圧発生溝２の内周側または外
周側の周長との積で表される面積が、動圧発生溝２の深
さＥと動圧発生溝２の最内周部または最外周部での周
長、および動圧発生溝２の溝本数との積で表される面積
より同等以上の大きさとなるよう設けてある。これによ
り段差部Ｇを通るオイルの流入抵抗は、動圧発生溝２の
中を通るオイルの流入抵抗より小さくできる。なおこの
ような非回転側に動圧発生溝２を設けた構成自体は従来
からある構造で、本実施形態ではこのような構成におい
ても浮上量Ｂとその安定性を実現するものである。

【００２４】以上のように構成した動圧流体スラスト軸
受装置の動作は、以下の通りである。段差部Ｇによるオ
イルの流入面積は、動圧発生溝２の中を通るオイルの流
路面積より大きく構成されているので、段差部Ｇでのオ
イルの流入抵抗が十分小さくでき、十分な浮上量Ｂが確
保できると共に、その安定化も可能となる。

【００２５】以上の説明から明らかなように本発明の第
４の実施形態では、動圧発生溝２の内周側もしくは外周
側の少なくとも一方に対向するスラスト板３に段差部Ｇ
を設けることにより、十分な浮上量Ｂが得られるので、
部品精度に起因するコスレが発生しない動圧流体スラス
ト軸受装置を実現でき、かつ浮上量検査を行うことで製
造時の品質確保も可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の発明では、
動圧発生溝の外周側もしくは内周側の少なくとも一方の
非動圧溝部の長さを、動圧発生溝で得られる浮上量の２
０倍以下にすることで、浮上量の確保と安定化が可能な
動圧流体スラスト軸受装置が実現できる。

【００２７】また本発明の第２の発明では、動圧発生溝
の外周部と内周部側から動圧発生溝へ至る少なくとも一
方の開口部のオイル流路面積を、ここに接する動圧発生
溝のオイル流路面積より大きくすることで、浮上量の確
保と安定化が可能な動圧流体スラスト軸受装置が実現で
きる。

【００２８】また本発明の第３の発明では、動圧発生溝
の外周側もしくは内周側の少なくとも一方の非動圧溝部
に対向するスリーブと止め板に逃がし部を設けること
で、浮上高さの確保と安定化が可能な動圧流体スラスト
軸受装置が実現できる。

【００２９】また本発明の第４の発明では、スリーブと
止め板に動圧発生溝を有する構成において、スリーブと
止め板の動圧発生溝の外周側もしくは内周側の少なくと
も一方のスラスト板側の対向面に段差部を設けること
で、浮上高さの確保と安定化が可能な動圧流体スラスト
軸受装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における動圧流体スラ
スト軸受装置の主要部断面図

【図２】図１に示す動圧流体スラスト軸受装置の、非動
圧溝部Ｃの長さと得られる浮上量の関係を示すグラフ

【図３】本発明の第２の実施形態における動圧流体スラ
スト軸受装置の主要部断面図

【図４】本発明の第３の実施形態における動圧流体スラ
スト軸受装置の主要部断面図

【図５】本発明の第４の実施形態における動圧流体スラ
スト軸受装置の主要部断面図

【図６】従来の動圧流体スラスト軸受装置の主要部断面
図

【図７】スラスト板の斜視図

【符号の説明】

１ 軸 ２ 動圧発生溝 ３ スラスト板 ４ スリーブ ５ 止め板 Ｂ 浮上量 Ｃ 非動圧溝部の長さ Ｄ 開口部 Ｅ 動圧発生溝の深さ Ｆ 逃がし部 Ｇ 段差部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 浩昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA07 BA02 BA08 CA03 JA02 KA02 KA03 LA05 MA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する軸と、この軸に固定され両面に
   動圧発生溝を有するスラスト板と、この両面の動圧発生
   溝に近接対向して設けたスリーブおよび止め板とで構成
   され、前記両面の動圧発生溝の内周側もしくは外周側の
   少なくとも一方の非動圧溝部の長さを前記動圧発生溝で
   得られる浮上量の２０倍以下としたことを特徴とする動
   圧流体スラスト軸受装置。
2. 【請求項２】 回転する軸と、この軸に固定され両面に
   動圧発生溝を有するスラスト板と、この両面の動圧発生
   溝に近接対向して設けたスリーブおよび止め板とで構成
   され、前記動圧発生溝の内周部と外周部側から動圧発生
   溝へ至る少なくとも一方の開口部のオイルの流路面積
   が、この内周部もしくは外周部に接する動圧発生溝のオ
   イル流路面積より大なる構成としたことを特徴とした動
   圧流体スラスト軸受装置。
3. 【請求項３】 回転する軸と、この軸に固定され両面に
   動圧発生溝を有するスラスト板と、この両面の動圧発生
   溝に近接対向して設けたスリーブおよび止め板とで構成
   され、前記両面の動圧発生溝の内周側もしくは外周側の
   少なくとも一方の非動圧溝部に対向する前記スリーブお
   よび止め板に、前記内周側もしくは外周側に接する前記
   動圧発生溝の面積より大きな面積を有する逃がし部を設
   けたことを特徴とした動圧流体スラスト軸受装置。
4. 【請求項４】 回転する軸と、この軸に固定されたスラ
   スト板と、このスラスト板の両面に近接対向して設けた
   スリーブおよび止め板に設けた動圧発生溝より構成さ
   れ、前記動圧発生溝の内周側もしくは外周側の少なくと
   も一方に対向する前記スラスト板に、前記内周側もしく
   は外周側に接する前記動圧発生溝の中を通るオイルの流
   路面積より大きなオイルの流入面積を有する段差部を設
   けたことを特徴とした動圧流体スラスト軸受装置。