JP2003269443A - スラスト動圧軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動・停止時の吸着現象を防止し、軸受の回
転トルクの増大を抑えるとともに、動圧発生に関与する
ハウジングやシャフトのフランジ部の端面の傷つきを防
止することのできるスラスト動圧軸受を提供する。 【解決手段】 ハウジング密閉端側のシャフト１のフラ
ンジ部端面２１と、この端面２１に対向するハウジング
２の受け面１４ａの少なくとも一方に、ポンプイン型の
密閉端側スラスト用動圧溝２１ａを形成するとともに、
ハウジング開放端側のシャフト１のフランジ部端面２２
と、この端面２２に対向するハウジング２の受け面１３
ａの少なくとも一方に、ヘリングボーン型の開放端側ス
ラスト用動圧溝２２ａを形成する。この構成により、動
圧発生面（２１，１４ａ）間に十分な潤滑流体３２を供
給し、負圧の発生を防止することができる。また、動圧
溝２１ａのポンピング作用によって、動圧発生面どうし
の接触による傷つきを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、スラスト方向の荷
重を支えるスラスト動圧軸受に関し、更に詳しくは、起
動・停止時のトルクを低減し、動圧発生面の傷つきを防
止することのできるスラスト動圧軸受に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータに使用さ
れるハードディスク装置等において、従来の転がり軸受
を使用したスピンドルモータでは、静粛性や高速・高精
度の回転を満足できず、その代替として動圧軸受（ある
いは流体軸受）を使用したスピンドルモータが採用され
始めている。このようなスピンドルモータ等に用いられ
る動圧軸受は、所定の潤滑流体の動圧を利用してシャフ
トを回転自由に支承するものであって、通常、回転軸の
ラジアル方向の支持を行うラジアル動圧軸受と、回転軸
のスラスト（アキシャル）方向の支持を行うスラスト動
圧軸受が設けられている。 【０００３】図４は、従来のスラスト動圧軸受の構造を
示す断面模式図であり、図５は、このスラスト動圧軸受
に形成された動圧溝のパターンを示す模式図である。こ
の動圧軸受は、図４に示すように、軸体１１とこの軸体
１１の一端に設けられたフランジ部１２とからなるシャ
フト１を、一方の開口が密封された片側密閉空間（３
１）を有するハウジング２内に収納し、この片側密閉空
間（３１）に潤滑流体３２を充填した構造のものであ
る。このハウジング２は、略筒状の軸受スリーブ１３の
一方の開口を、スラスト板１４等によって密封し形成さ
れている。このハウジング２の内周面に嵌合されるシャ
フト１は、ハウジング２の密閉端側（図示上方）のフラ
ンジ部端面２１と、ハウジング２の開放端側（図示下
方）のフランジ部端面２２に、それぞれ密閉端側スラス
ト用動圧溝２１ｂと開放端側スラスト用動圧溝２２ｂが
形成されているとともに、軸体１１の外周面にはラジア
ル用動圧軸受となる動圧溝１１ａが形成されている。 【０００４】なお、スラスト動圧軸受の製造方法によっ
ては、スラスト用動圧溝２１ｂ，２２ｂが、それぞれ密
閉端側端面２１に対向するスラスト板１４の内側端面１
４ａ、および開放端側端面２２に対向する軸受スリーブ
１３の受け面１３ａに形成されている場合もある。ま
た、説明が煩雑になるのを防ぐため、軸体１１に形成さ
れたラジアル用動圧軸受の詳細な説明は省略する。 【０００５】次に、スラスト用動圧軸受に用いられる動
圧溝の平面パターンとその圧力分布の例を図６に示す。
スラスト用動圧溝のパターンとしては、スパイラル状に
配置された動圧溝が、回転によって流体を径方向内側に
向かって移動させ、動圧溝の径方向内端近傍で最大動圧
を発生するように機能するポンプインタイプ（Ａ）、そ
の逆にスパイラル状に配置された動圧溝が流体を径方向
外側に向かって移動させるポンプアウトタイプ（Ｂ）、
および環状に配置された略Ｖ字状の動圧溝によって径方
向の略中央部近傍で最大動圧を発生するヘリングボーン
タイプ（Ｃ）等が知られている。また、これらの動圧溝
パターンの回転によって発生する動圧Ｐは、それぞれ図
中のグラフに示したような圧力分布を示す。 【０００６】図５に示すように、通常、スラスト動圧軸
受のシャフト１のフランジ部１２（図５（ｂ））には、
密閉端側端面２１および開放端側端面２２共にヘリング
ボーンタイプのスラスト用動圧溝２１ｂ，２２ｂが採用
されている場合が多い（図５（ａ）と（ｃ））。 【０００７】そして、このスラスト動圧軸受は、シャフ
ト１が鉛直方向となるように設置されている場合、回転
の停止時には、重力によってハウジング２が下降し、ス
ラスト板１４の内側端面１４ａとフランジ部１２の密閉
端側端面２１とを接した状態で静止している。モータ等
からの入力によって回転が始動した場合は、シャフト１
とハウジング２の相対回転によりスラスト用動圧溝２１
ｂ，２２ｂで発生する動圧によって、スラスト板１４の
内側端面１４ａが、フランジ部１２の密閉端側端面２１
から所定量浮上して安定し、両スラスト方向の荷重を支
持することとなる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
なスラスト動圧軸受において、起動・停止時に回転トル
クが大きくなってしまうことがあった。この現象は、動
圧バランスの乱れにより局部的な負圧が生じ、シャフト
のフランジ部とスラスト板の間で、いわゆる吸着現象が
発生したために起こると考えられる。 【０００９】スラスト動圧軸受は、高速回転している場
合、ハウジングが十分浮上して、スラスト板とシャフト
のフランジ部端面との距離（浮上量）は所定の設計値と
なっている。そのため、スラスト板とフランジ部端面と
の隙間には、動圧を発生するのに十分な潤滑流体の循環
が存在する。しかしながら、回転の起動時と停止直前に
は、これらスラスト板とフランジ部端面との距離が接近
しているため、これらの間には動圧を発生させるのに十
分な潤滑流体が存在せず、特に回転中心に近い径方向内
側部分では流体の不足による負圧が発生してしまう。 【００１０】また、十分に浮上して高速回転時している
時には問題とならなかった動圧溝の加工誤差も、接近し
て低速で回転する起動・停止時には、動圧溝の形状や溝
深さ等の微小な加工のばらつきが、軸受の回転バランス
に影響を与えてしまう。そのため、起動時にハウジング
の浮上が遅れた場合や、停止直前に負圧による急激な回
転停止やハウジングの降下が発生した場合は、スラスト
板とフランジ部の端面が接触し、これらを損傷してしま
う可能性もある。 【００１１】本発明は、上記する課題に対処するために
なされたものであり、起動・停止時の吸着現象を防止
し、軸受の回転トルクの増大を抑えるとともに、動圧発
生に関与するハウジングやシャフトのフランジ部の端面
の傷つきを防止することのできるスラスト動圧軸受を提
供することを目的としている。 【００１２】 【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、軸体とこの軸体の一端
に設けられたフランジ部とからなるシャフトと、上記シ
ャフトが相対回転自在に嵌合され、一端が密閉された片
側密閉ハウジングとを備え、上記ハウジングの密閉端側
の上記フランジ部端面とこの端面に対向するハウジング
の受け面の少なくとも一方には、密閉端側スラスト用動
圧溝が形成され、かつ、上記ハウジングの開放端側の上
記フランジ部端面とこの端面に対向するハウジングの受
け面の少なくとも一方には、開放端側スラスト用動圧溝
が形成されているとともに、これらシャフトとハウジン
グの相対回転により発生する動圧によってスラスト方向
の荷重を支えるスラスト動圧軸受において、上記密閉端
側スラスト用動圧溝が、この動圧溝の径方向内端近傍で
最大動圧を発生するポンプイン型に形成され、かつ、上
記開放端側スラスト用動圧溝が、この動圧溝の径方向中
央近傍で最大動圧を発生するヘリングボーン型に形成さ
れていることを特徴とする。 【００１３】本発明は、軸体とこの軸体の一端に設けら
れたフランジ部とからなるシャフトを、一方の開口が密
封された片側密閉空間を有するハウジング内に収納する
スラスト動圧軸受において、密閉端側のスラスト用動圧
溝と開放端側のスラスト用動圧溝とを、異なる溝パター
ンで形成することによって、所期の目的を達成しようと
するものである。 【００１４】すなわち、請求項１に係る発明において
は、ハウジング密閉端側のシャフトのフランジ部端面
と、この端面に対向するハウジングの受け面の少なくと
も一方に、ポンプイン型の密閉端側スラスト用動圧溝を
形成するとともに、ハウジング開放端側のシャフトのフ
ランジ部端面と、この端面に対向するハウジングの受け
面の少なくとも一方に、ヘリングボーン型の開放端側ス
ラスト用動圧溝を形成する。このように、動圧軸受の起
動・停止時に距離が接近する密閉端側のフランジ部端面
と対向するハウジングの受け面との間に、ポンプイン型
の動圧溝を形成することにより、径方向内側部分に動圧
を発生させるのに十分な潤滑流体を素早く供給し、局部
的な負圧の発生を防止することができる。 【００１５】また、このポンプイン型の動圧溝は、その
動圧溝の径方向内端近傍で発生する動圧（ポンピング作
用）によって、起動時のハウジングの浮上を早め、停止
直前の急激な回転停止や急激なハウジングの降下を防止
する効果も併せて奏することができる。従って、本発明
のスラスト用動圧軸受は、動圧溝の形状や溝深さ等に加
工誤差があった場合でも、動圧発生に関与するハウジン
グとシャフトのフランジ部の端面との接触を緩和し、こ
れらの表面に傷つきが発生する可能性が少ない。 【００１６】なお、反対側に位置する開放端側のフラン
ジ部端面と対向するハウジングの受け面との間に、ポン
プイン型の動圧溝を採用した場合は、潤滑流体が開放端
側（シャフトの軸体側）へ移動することによる油漏れが
懸念される。また、開放端側にポンプアウト型の動圧溝
を採用した場合は、潤滑流体が密閉端側（ハウジングの
スラスト板側）に移動することにより、スラスト動圧軸
受の負荷能力が低下してしまう。以上の理由により、ハ
ウジング開放端側のシャフトのフランジ部端面か、ある
いはこの端面に対向するハウジングの受け面の少なくと
も一方に形成されるスラスト用動圧溝には、ヘリングボ
ーン型が好適に採用される。 【００１７】 【発明の実施の形態】以下図面を参照しつつこの発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の
実施の形態におけるスラスト動圧軸受の構造を示す断面
模式図であり、図２は、このスラスト動圧軸受に形成さ
れたスラスト用動圧溝のパターンを示す模式図である。
なお、従来例と同様の機能を持つ構成部材には、同じ番
号を付記する。また、説明が煩雑になるのを防ぐため、
ラジアル用動圧軸受の詳細な説明は省略する。 【００１８】図１に示すように、この動圧軸受も、従来
例と同様、軸体１１とこの軸体１１の一端に設けられた
フランジ部１２とからなるシャフト１を、一方の開口が
密封された片側密閉空間（３１）を有するハウジング２
内に収納し、この片側密閉空間（３１）に潤滑流体３２
を充填した構造のものである。このハウジング２は、略
筒状の軸受スリーブ１３の一方の開口を、スラスト板１
４等によって密封し形成されている。このハウジング２
の内周面に嵌合されるシャフト１は、ハウジング２の密
閉端側（図示上方）のフランジ部端面２１と、ハウジン
グ２の開放端側（図示下方）のフランジ部端面２２に、
それぞれ密閉端側スラスト用動圧溝２１ａと開放端側ス
ラスト用動圧溝２２ａが形成されているとともに、軸体
１１の外周面にはラジアル用動圧軸受となる動圧溝１１
ａが形成されている。 【００１９】そして、このスラスト動圧軸受は、シャフ
ト１が鉛直方向となるように設置されている場合、回転
の停止時には、重力によってハウジング２が下降し、ス
ラスト板１４の内側端面１４ａとフランジ部１２の密閉
端側端面２１とを接した状態で静止している。モータ等
からの入力によって回転が始動した場合は、シャフト１
とハウジング２の相対回転によりスラスト用動圧溝２１
ａ，２２ａで発生する動圧によって、スラスト板１４の
内側端面１４ａが、フランジ部１２の密閉端側端面２１
から所定量浮上して安定し、両スラスト方向の荷重を支
持することとなる。 【００２０】本実施の形態におけるスラスト動圧軸受の
構造的特長は、シャフト１のフランジ部１２（図２
（ｂ））の密閉端側端面２１に、スパイラル状に配置さ
れた動圧溝２１ａが回転によって潤滑流体を径方向内側
に向かって移動させ、動圧溝２１ａの径方向内端２１ｒ
近傍で最大動圧を発生するように機能するポンプイン型
のスラスト用動圧溝２１ａ，２１ａ，・・・が形成され
ている点である（図２（ａ））。また、シャフト１のフ
ランジ部１２の開放端側端面２２には、環状に配置され
た略Ｖ字状の動圧溝２２ａによって径方向の略中央部２
２ｒ近傍で最大動圧を発生するヘリングボーン型のスラ
スト用動圧溝２２ａ，２２ａ，・・・が形成されている
（図２（ｃ））。 【００２１】以上のような構成により、本実施の形態に
おけるスラスト動圧軸受は、密閉側スラスト用動圧溝２
１ａのポンピング作用により、動圧軸受の起動・停止時
に距離が接近するフランジ部１２の密閉端側端面２１と
スラスト板１４の内側端面１４ａとの間に、十分な潤滑
流体３２を素早く供給することができる。従って、動圧
発生面で負圧が生じず、吸着現象も発生しないことか
ら、動圧軸受の起動・停止時の回転トルクの増大を抑え
ることができる。 【００２２】また、このポンプイン型の密閉端側スラス
ト用動圧溝２１ａは、その動圧溝２１ａの径方向内端２
１ｒ近傍で発生する動圧（ポンピング作用）によって、
起動時のハウジング２の浮上を早める効果を発揮すると
ともに、停止直前の急激な回転停止やハウジング２の急
激な降下を防止する効果も合わせて奏することができ
る。従って、本実施の形態におけるスラスト用動圧軸受
は、動圧溝の形状や溝深さ等に加工誤差があった場合で
も、動圧発生に関与するスラスト板１４の内側端面１４
ａとフランジ部１２の密閉端側端面２１との接触を緩和
し、これらの端面に傷つきが発生するのを防止すること
ができる。 【００２３】そして、このスラスト動圧軸受は、シャフ
ト１のフランジ部１２の開放端側端面２２に、ヘリング
ボーン型の開放端側スラスト用動圧溝２２ａが形成され
ていることから、従来例と同様に、高速回転時において
安定性の高い動圧軸受性能を維持することができる。 【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態における
スラスト動圧軸受の構造を示す断面模式図である。 【００２５】このスラスト動圧軸受における第１の実施
の形態との相違点は、動圧溝がシャフト１側ではなく、
ハウジング２側に形成されている点である。軸受スリー
ブ１３は、動圧溝が形成された小径の筒状部材１３ｓの
外周面を、大径の筒状部材１３ｔの内周面にぴったりと
嵌め入れて形成されている。この小径の筒状部材１３ｓ
は、その内周面にラジアル用動圧溝１１ｂが形成されて
いるとともに、一方の開口端面１３ａには開放端側スラ
スト用動圧溝１３ｂが形成されている。また、これら筒
状部材１３ｓ，１３ｔで形成されたハウジング２の一方
の開口を密閉するスラスト板１４も、その内側端面１４
ａに密閉端側スラスト用動圧溝１４ｂが形成されてい
る。 【００２６】そして、このスラスト動圧軸受は、第１の
実施の形態同様、シャフト１が鉛直方向となるように設
置されている場合、回転の停止時には、重力によってハ
ウジング２が下降し、スラスト板１４の内側端面１４ａ
とフランジ部１２の密閉端側端面２１とを接した状態で
静止している。モータ等からの入力によって回転が始動
した場合は、シャフト１とハウジング２の相対回転によ
りスラスト用動圧溝１３ｂ，１４ｂで発生する動圧によ
って、スラスト板１４の内側端面１４ａが、フランジ部
１２の密閉端側端面２１から所定量浮上して安定し、両
スラスト方向の荷重を支持することとなる。 【００２７】本実施の形態におけるスラスト動圧軸受の
構造的特長は、ハウジング２の密閉端側のスラスト板１
４内側面１４ａには、ポンプイン型の密閉端側スラスト
用動圧溝１４ｂが形成されているとともに、ハウジング
２の開放端側の軸受スリーブ１３の受け面１３ａには、
ヘリングボーン型の開放端側スラスト用動圧溝１３ｂが
形成されている点である。 【００２８】以上の構成により、本実施の形態における
スラスト動圧軸受も、第１の実施の形態同様、動圧軸受
の起動・停止時に距離が接近するフランジ部１２端面２
１とスラスト板１４の内側端面１４ａとの間に、十分な
潤滑流体３２を素早く供給することができる。従って、
動圧発生面での負圧が生じず、吸着現象も発生しないこ
とから、動圧軸受の起動・停止時の回転トルクの増大を
抑えることができる。 【００２９】また、このポンプイン型の密閉端側スラス
ト用動圧溝１４ｂは、そのポンピング作用によって、起
動時のハウジング２の浮上を早める効果を発揮するとと
もに、停止直前の急激な回転停止やハウジング２の急激
な降下を防止する効果も合わせて奏することができる。
従って、本実施の形態におけるスラスト用動圧軸受も、
動圧溝の形状や溝深さ等に加工誤差があった場合でも、
動圧発生に関与するスラスト板１４の内側端面１４ａと
フランジ部１２の密閉端側端面２１との接触を緩和し、
これらの端面に傷つきが発生するのを防止することがで
きる。 【００３０】なお、以上の実施の形態においては、シャ
フトとハウジングの相対回転によって、ハウジングがシ
ャフトのフランジ部端面から浮上して回転するタイプの
動圧軸受を例示したが、本発明のスラスト動圧軸受はこ
れに限らず、図示の天地が反対となるような、シャフト
がハウジングの端面から浮上して安定するタイプの動圧
軸受等にも適用できることは言うまでもない。 【００３１】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明のスラスト
動圧軸受によれば、軸受の起動・停止時に距離が接近す
る密閉端側のフランジ部端面とこれに対向するハウジン
グの受け面との間に、ポンプイン型のスラスト用動圧溝
を形成することにより、径方向内側部分に動圧を発生さ
せるのに十分な潤滑流体が素早く供給され、起動・停止
時における回転トルクの増大を抑制することができる。 【００３２】また、このポンプイン型のスラスト用動圧
溝の径方向内端近傍で発生する動圧は、起動時のハウジ
ングの浮上を早め、停止直前の急激な回転停止やハウジ
ングの降下を防止する効果を発揮する。従って、本発明
のスラスト用動圧軸受は、動圧溝の形状や溝深さ等に加
工誤差があった場合でも、動圧発生に関与するハウジン
グやシャフトのフランジ部の端面の傷つきを防止するこ
とができる。 【００３３】そして、このスラスト動圧軸受は、シャフ
トのフランジ部の開放端側端面に、ヘリングボーン型の
開放端側スラスト用動圧溝が形成されていることから、
従来例と同様に、高速回転時において安定性の高い動圧
軸受性能を維持することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施の形態におけるスラスト動
圧軸受の構造を示す模式的断面図である。 【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態におけるシャ
フトのフランジ部を、ハウジングの密閉端側から見た模
式的端面図である。 （ｂ）第１の実施の形態におけるシャフトのフランジ部
の構造を示す模式的断面図である。 （ｃ）第１の実施の形態におけるシャフトのフランジ部
を、ハウジングの開放端側から見た模式的端面図であ
る。 【図３】本発明の第２の実施の形態におけるスラスト動
圧軸受の構造を示す模式的断面図である。 【図４】従来のスラスト動圧軸受の構造を示す模式的断
面図である。 【図５】（ａ）従来のシャフトのフランジ部を、ハウジ
ングの密閉端側から見た模式的端面図である。 （ｂ）従来のシャフトのフランジ部の構造を示す模式的
断面図である。 （ｃ）従来のシャフトのフランジ部を、ハウジングの開
放端側から見た模式的端面図である。 【図６】スラスト用動圧軸受に用いられる動圧溝の平面
パターンとその圧力分布を示す図である。 【符号の説明】 １ シャフト ２ ハウジング １１ 軸体 １１ａ，１１ｂ ラジアル用動圧溝 １２ フランジ部 １３ 軸受スリーブ １３ａ 受け面 １３ｂ スラスト用動圧溝 １３ｓ，１３ｔ 筒状部材 １４ スラスト板 １４ａ 内側端面 １４ｂ スラスト用動圧溝 ２１ 密閉端側端面 ２１ｒ 内端 ２１ａ，２１ｂ スラスト用動圧溝 ２２ 開放端側端面 ２２ａ，２２ｂ スラスト用動圧溝 ２２ｒ 中央部 ３１ 片側密閉空間 ３２ 潤滑流体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 軸体とこの軸体の一端に設けられたフラ
   ンジ部とからなるシャフトと、上記シャフトが相対回転
   自在に嵌合され、一端が密閉された片側密閉ハウジング
   とを備え、上記ハウジングの密閉端側の上記フランジ部
   端面とこの端面に対向するハウジングの受け面の少なく
   とも一方には、密閉端側スラスト用動圧溝が形成され、
   かつ、上記ハウジングの開放端側の上記フランジ部端面
   とこの端面に対向するハウジングの受け面の少なくとも
   一方には、開放端側スラスト用動圧溝が形成されている
   とともに、これらシャフトとハウジングの相対回転によ
   り発生する動圧によってスラスト方向の荷重を支えるス
   ラスト動圧軸受において、 上記密閉端側スラスト用動圧溝が、この動圧溝の径方向
   内端近傍で最大動圧を発生するポンプイン型に形成さ
   れ、かつ、上記開放端側スラスト用動圧溝が、この動圧
   溝の径方向中央近傍で最大動圧を発生するヘリングボー
   ン型に形成されていることを特徴とするスラスト動圧軸
   受。