JP2005098324A

JP2005098324A - 動圧スラスト軸受部品

Info

Publication number: JP2005098324A
Application number: JP2003330346A
Authority: JP
Inventors: Kimio Sato; 公男佐藤
Original assignee: RIRAIARU KK
Current assignee: RIRAIARU KK
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】回転の負荷を減らして消費電力をより小さくすることを可能にする。
【解決手段】円環体の表面部にこの円環体の中心点に対して円対称になるように、複数の動圧発生凸部パターン２１を形成する。この動圧発生凸部パターン２１は、スラスト方向に動圧を発生させるための凸部パターンであって、先端から後端に向けて二股状に別れた帯状をなす第１の帯状部１１Ｌと第２の帯状部１１Ｒとを有するヘリングボーン状の輪郭形状をなした動圧発生凸部パターン１１を有し、これら第１の帯状部１１Ｌと第２の帯状部１１Ｒとの幅をほぼ一定の幅にしている。また、第１の帯状部１１Ｌどうしの間には、回転により遠心力で外方に飛散しようとする液体を内側に引っ張り込む働きをする輪郭形状を有する略帯状をなした飛散防止凸部パターン１３を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、動圧スラスト軸受部品に係り、例えば、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）やデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の駆動装置のようなディスク回転型記憶装置の他、ポリゴンミラー等の回転部のスラスト軸受として用いられる動圧軸受装置の動圧発生部を構成する動圧スラスト軸受部品に関する。

一般に、動圧軸受装置は、回転軸を含む回転部と固定部との隙間に充填された作動流体に、回転軸の回転力を利用して動圧を与え、この動圧によって回転部を固定部に対して浮かせるような状態とすることにより、回転軸を回転自在に支持するものである。この動圧軸受装置には、ジャーナル軸受として動作する装置と、スラスト軸受として動作する装置とがある。いずれも、回転に伴って作動流体に所定の物理力を作用させて動圧を発生させるために、表面部に凹凸パターンが形成された動圧軸受部品が用いられる。

スラスト軸受として動作する装置には、スラスト方向に動圧を発生させるための凹凸パターンが表面部に形成された動圧スラスト軸受部品が用いられる。図３は従来の動圧スラスト軸受部品を示す図である。図３に示されるように、従来の動圧スラスト軸受部品２は、金属等の板材を環状に加工し、その円環体の一方の表面部にこの円環体の中心点に対して円対称になるように、複数の動圧発生凸部パターン２１を形成し、この動圧発生凸部パターン２１以外の部分を凹部パターン２２としたものである。

動圧発生凸部パターン２１は、先端２１Ｓから後端に向けて二股状に別れた帯状をなす第１の帯状部２１Ｌと第２の帯状部２１Ｒとを有するヘリングボーン状の輪郭形状をなしたものである。図４は動圧発生凸部パターン２１の輪郭曲線の説明図である。図４において、円環の中心点をＯ、円環の内径をＲｉ、外径をＲｏ、円環表面上にあってＯを中心とする半径Ｒｃの円２１Ｃを中心円とする。この場合、Ｒｃ^２＝（１／２）（Ｒｏ^２＋Ｒｉ^２）の関係が成立するものとする。

動圧発生凸部パターン２１の輪郭曲線は、中心円２１Ｃの円周を等分する１６個の点Ｓ１〜Ｓ１６を先端とし、円環の外側に向けて延長される１６本の曲線Ｌ１〜Ｌ１６と、円環の内側に向けて延長される１６本の曲線Ｒ１〜Ｒ１６とから構成されている。これらの曲線は、これら曲線上の任意の点で、Ｏを中心とする円と交わる角度が一定の角度θをなすようになる対数曲線である。これにより、回転によって流体の流れが、ヘリングボーンの後端から先端２１Ｓに向かうような流れになれば、流体が中心円２１Ｃに集められるような力が働いてスラスト方向への動圧が発生する。

ところで、例えば、ＨＤＤの改良や新たな展開が進む中、ＨＤＤ用のスピンドルモータの軸受装置にも種々のますます厳しい要請がなされてきている。その中で、回転の負荷をより減らして消費電力をより小さくすることへの要請も厳しくなってきている。上述の従来の動圧スラスト軸受部品は、その要請に対して必ずしも十分に応えられなかった。本発明の目的は、回転の負荷を減らして消費電力をより小さくすることを可能にした動圧スラスト軸受部品を提供することである。

上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
表面部にスラスト方向に動圧を発生させるための凸部及び凹部からなる動圧発生パターンが形成された動圧スラスト軸受部品であって、
前記動圧発生凸部パターンは、先端から後端に向けて二股状に別れた帯状をなす部分を有するヘリングボーン状の輪郭形状をなしたものであり、前記帯状部分の幅を略一定の幅としたことを特徴とする動圧スラスト軸受部品である。
第２の手段は、
前記凸部パターンの面積を凹部パターンの面積より小さくしたことを特徴とする第１の手段にかかる動圧スラスト軸受部品である。
第３の手段は、
前記ヘリングボーン状の輪郭形状を有する動圧発生凸部パターンは、ヘリングボーンの先端がこの軸受部材の回転中心を中心とする特定の円を描く中心線上に位置するように複数配置されており、前記中心線側に面する輪郭線が流体の流れに対して一定の角度をなして流体を前記中心線に集めて動圧を発生させる動圧発生曲線を有するものであることを特徴とする第１又は第２の手段にかかる動圧スラスト軸受部品である。
第４の手段は、
前記動圧発生曲線は、前記回転中心からの距離が回転角度に対して対数的に変化する曲線であることを特徴とする第１〜第３のいずれかの手段にかかる動圧スラスト軸受部品である。
第５の手段は、
回転により遠心力で外方に飛散しようとする液体を内側に引っ張り込む働きをする輪郭形状を有する略帯状をなした飛散防止凸部パターンを前記動圧発生用パターンとは別に設けたことを特徴とする第１〜第４のいずれかの手段にかかる動圧スラスト軸受部品である。

上述の手段において、前記帯状部分の幅を略一定の幅とすることにより、軸受隙間を形成する相手部品との対向面積を従来に比較して小さくでき、回転の負荷を小さくできることが本願発明者によって解明された。すなわち、図３及び図４に示される従来の動圧スラスト軸受部品は、上述の通り、対数曲線であるＬ１〜Ｌ１６及びＲ１〜Ｒ１６から構成されており、Ｌ１とＬ２との間、Ｌ２とＬ３との間、Ｌ３とＬ４との間、…の各間の距離が円環の外側にいくにしたがって大きくなるようになっている。また、Ｌ１〜Ｌ１６どうしの間の距離のほうがＲ１〜Ｒ１６どうしの距離よりも大きくなっている。

本発明者の研究によれば、（ａ）回転の負荷は、動圧発生凸部パターンと軸受隙間を形成する相手部品との対向面積の大きさに大きく依存すること、（ｂ）動圧を発生するという目的からみれば、Ｌ１〜Ｌ１６どうしの間の距離を円環の外側に行くにしたがって大きくする必要はなく、また、Ｌ１〜Ｌ１６どうしの間の距離のほうをＲ１〜Ｒ１６どうしの距離よりもおおきくする必要もないこと、（ｃ）動圧を発生するという目的からみれば、流体を集めるように作用する輪郭部分のみが流体と角度θで交わるようにしさえすればよく、他の輪郭部分の曲線は原理的には任意でよいこと、（ｄ）流体を集めるように作用する輪郭部分のみが流体と所定の角度で交わるようにし、帯状部の幅をほぼ一定の幅、例えば、形状が維持できてパターン加工が可能な最も狭い幅で一定にすれば（第１の手段）凸部パターンの面積を凹部パターンの面積より小さくすること等も可能になり（第２の手段）、その結果、動圧発生凸部パターンと軸受隙間を形成する相手部品との対向面積を従来に比較して小さくすることができ、これにより、その分消費電力を削減可能となること、（ｅ）具体的には、動圧発生凸部パターンを第３〜４の手段のように構成すればよいこと、等が解明された。

また、動圧発生凸部パターンの面積を小さくできたことにより、回転により遠心力で外方に飛散しようとする液体を内側に引っ張り込む働きをする輪郭形状を有する略帯状をなした飛散防止凸部パターンを前記動圧発生用パターンとは別に設けることが可能になり（第５の手段）、設計の自由度を著しく増すことを可能にする。

図１は本発明の実施例にかかる動圧スラスト軸受部品を示す図、図２は動圧発生凸部パターン１１の輪郭曲線の説明図である。以下、これらの図面を参照にしながら本発明の実施例にかかる動圧スラスト軸受部品を説明する。動圧スラスト軸受部品１は、アルミニウム金属等の板材を環状に加工し、その円環体の一方の表面部にこの円環体の中心点に対して円対称になるように、８個の動圧発生凸部パターン１１及び飛散防止パターン１３を形成し、この動圧発生凸部パターン１１及び飛散防止パターン１３以外の部分を凹部パターン１２としたものである。

動圧発生凸部パターン１１は、先端１１Ｓから後端に向けて二股状に別れた帯状をなす第１の帯状部１１Ｌと第２の帯状部１１Ｒとを有するヘリングボーン状の輪郭形状をなしたものである。また、図１において、円環の中心点をＯ、円環の内径をＲｉ、外径をＲｏ、円環表面上にあってＯを中心とする半径Ｒｃの円１１Ｃを中心円とする。この場合、Ｒｃ^２＝（１／２）（Ｒｏ^２＋Ｒｉ^２）の関係が成立するものとする。この実施例では、Ｒｃ＝１．６６８、Ｒｏ＝２．０、Ｒｉ＝１．２５とした。

図２に示したように、動圧発生凸部パターン１１の輪郭曲線は、中心円１１Ｃの円周を等分する１６個の点Ｓ１〜Ｓ１６を先端とし、円環の外側に向けて延長される１６本の曲線Ｌ１〜Ｌ１６と、円環の内側に向けて延長される１６本の曲線Ｒ１〜Ｒ１６とから構成されている。この場合、動圧発生凸部パターン１１の中心円１１Ｓ側に位置する曲線Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６、Ｌ８、Ｌ１０、Ｌ１２、Ｌ１４、Ｌ１６と、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ８、Ｒ１０、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１６のみが、これら曲線上の任意の点で、Ｏを中心とする円と交わる角度が一定の角度θをなすようになる対数曲線である。その他の曲線は、これらの曲線にほぼ平行になるように形成されている。

これにより、帯状部分１１Ｌ及び１１Ｒの幅がほぼ一定の幅になるように形成されている。この実施例では、帯状部分１１Ｌ及び１１Ｒの幅をできるだけ狭く形成し、約０．１ｍｍとした。そして、第１の帯状部１１Ｌどうしの間には、飛散防止パターン１３が形成されている。この飛散防止パターン１３は、回転により遠心力で外方に飛散しようとする液体を内側に引っ張り込む働きをする輪郭形状を有する略帯状をなした凸部パターンであり、ほぼ第１の帯状部１１Ｌに沿った形状で、第１の帯状部１１Ｌの長さより少し短い長さに形成されている。この実施例では、飛散防止パターン１３の幅を約０．０５ｍｍ、長さを約０．８ｍｍとした。

以上の構成において、回転によって流体の流れが、ヘリングボーンの後端から先端１１Ｓに向かうような流れになれば、流体が中心円１１Ｃに集められるような力が働いてスラスト方向への動圧が発生する。また、飛散防止パターン１３によって、回転により遠心力で外方に飛散しようとする液体を内側に引っ張り込んで飛散を防止する。また、上記構成において、帯状部分１１Ｌ及び１１Ｒの幅がほぼ一定の幅になるように形成したことによって、動圧発生凸部パターンの面積を図３に示される従来のものに比較して約３５％削減でき、その分、回転負荷を減らして諸費電力の削減をすることが可能になった。

本発明は、例えば、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）やデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の駆動装置のようなディスク回転型記憶装置の他、ポリゴンミラー等の回転部のスラスト軸受として用いられる動圧軸受装置の動圧発生部を構成する動圧スラスト軸受部品に利用できる。

本発明の実施例にかかる動圧スラスト軸受部品を示す図である。動圧発生凸部パターン１１の輪郭曲線の説明図である。従来の動圧スラスト軸受部品を示す図である。動圧発生凸部パターン２１の輪郭曲線の説明図である。

符号の説明

１動圧スラスト軸受部品
１１動圧発生凸部パターン
１１Ｃ中心円
１１Ｌ第１の帯状部
１１Ｒ第２の帯状部
１１Ｓ動圧発生凸部パターン先端
１２凹部パターン
１３飛散防止凸部パターン

Claims

表面部にスラスト方向に動圧を発生させるための凸部及び凹部からなる動圧発生パターンが形成された動圧スラスト軸受部品であって、
前記動圧発生凸部パターンは、先端から後端に向けて二股状に別れた帯状をなす部分を有するヘリングボーン状の輪郭形状をなしたものであり、前記帯状部分の幅を略一定の幅としたことを特徴とする動圧スラスト軸受部品。
前記凸部パターンの面積を凹部パターンの面積より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の動圧スラスト軸受部品。
前記ヘリングボーン状の輪郭形状を有する動圧発生凸部パターンは、ヘリングボーンの先端がこの軸受部材の回転中心を中心とする特定の円を描く中心線上に位置するように複数配置されており、前記中心線側に面する輪郭線が流体の流れに対して一定の角度をなして流体を前記中心線に集めて動圧を発生させる動圧発生曲線を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の動圧スラスト軸受部品。
前記動圧発生曲線は、前記回転中心からの距離が回転角度に対して対数的に変化する曲線であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動圧スラスト軸受部品。
回転により遠心力で外方に飛散しようとする液体を内側に引っ張り込む働きをする輪郭形状を有する略帯状をなした飛散防止凸部パターンを前記動圧発生用パターンとは別に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の動圧スラスト軸受部品。