JP2005163918A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトの軸心方向に沿う方向に小型化することができながら、高い回転精度や十分な剛性を得ることができる流体軸受装置を提供する。
【解決手段】 挿通孔１ａ，１ｂを有するスリーブ１と、このスリーブ１の挿通孔１ａ，１ｂに挿入されたシャフト２と、シャフト２の奥端面２ａに対向させた姿勢でスリーブ１に固定されたスラストプレート３と、スリーブ１およびスラストプレート３とシャフト２との間に保持された作動流体５と、を備え、シャフト２の奥端面寄りの外周面部分２ｃを、開口端寄りの外周面部分２ｄよりも太径に形成し、シャフト２の前記奥端面寄りの太径外周面２ｃに臨む箇所と、シャフト２の前記開口端寄りの細径外周面５ｄに臨む箇所との、それぞれの箇所にラジアル軸受１１Ａ，１１Ｂを構成し、シャフト２の前記奥端面に臨む箇所にスラスト軸受１２を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハードディスク装置用スピンドルモータなどに適した流体軸受装置に関する。

近年のハードディスク装置の高容量化に伴い、ハードディスク装置のスピンドルモータなどに用いられている軸受装置として、従来用いられた玉軸受装置に代わって、玉軸受よりも回転精度が優れ、しかも静音性にも優れている流体軸受装置が多く用いられつつある。

現在最も主流の流体軸受装置は、例えば特許文献１などにも開示されているように、片側密閉型の片持ちタイプで、作動流体として潤滑油を用いた構造である。
この種の従来の流体軸受装置は、図６に概略的に示すように、中央部に挿通孔を有するスリーブ１にスピンドルモータ（図示せず）により回転駆動されるシャフト２を挿入させ、シャフト２の端部にシャフト２よりも太径のスラストフランジ４を取り付け、スラストフランジ４の円形平面部に対向するようにスラストプレート３を配設してスリーブ１に固定し、シャフト２とスリーブ１との間の隙間からスラストフランジ４とスラストプレート３との間の隙間にかけて潤滑油などの作動流体５を充填させている。また、シャフト２とスリーブ１との対向面における少なくとも一方にヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受１１を構成し、スラストフランジ４とスラストプレート３との対向面における少なくとも一方の面に動圧発生溝を形成してスラスト軸受１２を構成し、さらに、シャフト２の端部に隣接するスラストプレート３の面とこの面に対向するスリーブ１の面とにおける少なくとも一方にも動圧発生溝を形成してスラスト軸受１２を構成している。

なお、ラジアル軸受１１は、例えば、シャフト２とスリーブ１との間の対向面における軸方向に沿った外周面（図６に示す場合は上部と下部の２箇所）に形成している。また、スリーブ１における開口端部には、開口端ほど広がるようなテーパシール部１３が形成され、回転駆動時においても潤滑油などの作動流体５がこのテーパシール部１３に溜められて、外部に飛散しないように図られている。また、スラストフランジ４は、スリーブ１におけるシャフト２が挿入されている孔の部分よりも大きな径であり、スラストフランジ４により、シャフト２が開口端側に抜けることを防止する抜け止めの役目も果たしている。

ところで、ハードディスク装置として現在用いられている主流のものは、記録媒体であるディスクの直径が３．５インチタイプのものや、２．５インチタイプのものであるが、これらよりも小さな収納スペースに配置できる１．８インチタイプや１．０インチタイプなど、小型のハードディスク装置が今後は主流となることが予想されている。
特開２０００−３２４７５３号公報

しかしながら、スラストフランジ４を有している従来の流体軸受装置の構造では、シャフト２の軸心方向に沿う方向に流体軸受装置を小型化（薄型化）しようとすると、ラジアル軸受１１の箇所の寸法長さを短くしていくしか方法がない。したがって、このようにラジアル軸受１１の箇所の寸法長さを短くすると、ラジアル軸受１１で発生する動圧力が十分には得られず、これにより、流体軸受装置の長所である高い回転精度が得られなくなったり、また、剛性不足によって初期回転時のシャフト２の傾斜角度が大きくなって、シャフト２やスラストフランジ４の一部がスリーブ１やスラストプレート３に接触していわゆる軸受擦れを発生したりして、その結果、信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は上記課題を解決するもので、シャフトの軸心方向に沿う方向に小型化することができながら、高い回転精度や十分な剛性を得ることができる流体軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の流体軸受装置は、挿通孔を有するスリーブと、このスリーブの挿通孔に挿入されたシャフトと、シャフトの奥端面に対向させた姿勢でスリーブに固定されたスラストプレートと、スリーブおよびスラストプレートとシャフトとの間に保持された作動流体と、を備え、シャフトの奥端面寄りの外周面部分を、開口端寄りの外周面部分よりも太径に形成し、シャフトの前記奥端面寄りの太径外周面に臨む箇所と、シャフトの前記開口端寄りの細径外周面に臨む箇所との、それぞれの箇所にラジアル軸受を構成し、シャフトの前記奥端面に臨む箇所にスラスト軸受を形成したものである。

この構成によれば、シャフトの奥端面寄りの外周面部分を、開口端寄りの外周面部分よりも太径に形成したので、シャフトが開口端側に抜けることを防止でき、スラストフランジを設けていないので、このスラストフランジの厚み分だけ薄型化することができる。

また、シャフトの具体的形状としては、シャフトの奥端面寄りの箇所に太径外周面が形成され、段差部を介して、シャフトの開口端寄りの箇所に細径外周面が形成されているものを用いたり、シャフトの太径外周面が、奥端面側ほど太径となるような円錐台形状に形成されているものを用いたり、シャフトの細径外周面が、開口端側ほど細径となるような円錐台形状に形成されているものを用いたり、シャフトの太径外周面から細径外周面にかけて奥端面側ほど太径となるような円錐台形状に形成されているものを用いたり、シャフトの太径外周面の内側に、シャフトの細径外周面の一部が重なるように配設されているものを用いたりする。

本発明によれば、ラジアル軸受の寸法長さを十分にとることができて高い回転精度や十分な剛性を得ることができながら、従来設けていたスラストフランジの厚み分だけ薄型化することができる。

また、シャフトの開口端寄りの箇所に、開口端側ほど細径となるような円錐台形状の細径外周面を形成して、この細径外周面に臨む箇所に設けたスラスト軸受により、作動流体が外部に漏れることを防止することもできるため、従来設けていたテーパシールなどを設けなくて済み、構造が簡単となる。

また、シャフトの太径外周面の内側に、シャフトの細径外周面の一部が重なるように配設されているものを用いることで、薄型化を実現できながら、ラジアル軸受の寸法長さをさらに長くすることができて、回転精度や剛性をさらに向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１に示すように、この流体軸受装置は、中央部に挿通孔を有するスリーブ１と、図外のスピンドルモータにより回転駆動され、スリーブ１の挿通孔に挿入されたシャフト２と、シャフト２の奥端面２ａに対向させた姿勢でスリーブ１に固定されたスラストプレート３とを備えており、スリーブ１およびスラストプレート３とシャフト２との間の隙間に潤滑油からなる作動流体５が充填されて保持されている。なお、スリーブ１から突出するシャフト２の先端部には、記録用ディスクなどが取り付けられるハブ（図示せず）が取り付けられ、このハブを介してシャフト２がスピンドルモータにより回転駆動される。

シャフト２は、スリーブ１内に挿入されている箇所が、奥端面（２ａ）寄りの外周面部分を、開口端（１ｃ）寄りの外周面部分よりも太径に形成されている。すなわち、スリーブ１軸方向の略中間部に設けられた段差部２ｂを介して、シャフト２の奥端面寄りの箇所に太径外周面２ｃが形成され、シャフト２の開口端寄りの箇所に細径外周面２ｄが形成されている。また、これに対応して、スリーブ１にもシャフト２の太径外周面２ｃに対応する箇所に大径孔１ａが形成されており、シャフト２の太径外周面２ｃとスリーブ１の大径孔１ａの壁面との少なくとも一方に、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受１１Ａを構成している。また、スリーブ１にもシャフト２の細径外周面２ｄに対応する箇所に小径孔１ｂが形成されており、シャフト２の細径外周面２ｄとスリーブ１の小径孔１ｂの壁面との少なくとも一方に、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受１１Ｂを構成している。また、スリーブ１における開口端１ｃの箇所には、開口端１ｃ側ほど広がるようなテーパシール部１３が形成され、回転駆動時に潤滑油などの作動流体５が前記開口端１ｃ側に押し出されることがあっても、このテーパシール部１３に作動流体５が溜められて、外部に飛散しないように図られている。

また、シャフト２の奥端面２ａとこの面と対向するスラストプレート３の面との少なくとも一方に、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してスラスト軸受１２を構成している。

なお、図面においては、理解し易いように、スリーブ１およびスラストプレート３とシャフト２との間の隙間を誇張して大きめに図示しているが、当然ながら、これらの隙間は極めて小さな寸法であり、シャフト２の太径外周面２ｃの部分の径は、スリーブ１の小径孔１ｂの径よりも大きく形成されている。

この構成によれば、従来の流体軸受装置に設けていたスラストフランジを省いたので、シャフト２の軸方向に沿う方向に対して前記スラストフランジの厚み分だけ流体軸受装置を薄型化することができ、ひいては小型のハードディスク装置などに適応できる。しかも、スラストフランジを省きながら、シャフト２の奥端面寄りの太径外周面２ｃに臨む箇所と細径外周面２ｄに臨む箇所との、それぞれの箇所にラジアル軸受１１Ａ、１１Ｂを構成したので、ラジアル軸受１１Ａ、１１Ｂで発生する動圧力が十分に得られ、これにより、流体軸受装置の長所である高い回転精度を保持でき、また、剛性不足による軸受擦れを発生することも防止できて、良好な信頼性を維持できる。また、シャフト２の奥端面２ａに臨む箇所にスラスト軸受１２を形成したので、回転駆動時にはスラスト方向にもシャフト２を良好に保持できる。なお、さらに、シャフト２の段差部２ｂとこの段差部２ｂと対向するスリーブ１の面１ｇとの少なくとも一方にも、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してスラスト軸受を構成してもよい。

また、この構成においてシャフト２が回転されると、シャフト２の奥端面２ａに臨む箇所に形成されたスラスト軸受１２の作用により、シャフト２がスラストプレート３より浮き上がろうとする力が働くが、シャフト２の太径外周面２ｃの部分を、スリーブ１の小径孔１ｂよりも太径に形成したので、シャフト１が開口端１ｃ側に抜けることを防止でき、外力や衝撃力が働いた場合でも、シャフト１の抜け出しを確実に防止できる。
（実施の形態２）
上記実施の形態１の流体軸受装置においては、シャフト２における太径外周面２ｃおよび細径外周面２ｄとも、それぞれ一定の直径で形成されているが、これに対して、この実施の形態２の流体軸受装置においては、図２に示すように、細径外周面２ｄは一定の直径で形成されている一方、太径外周面２ｃは、奥端面２ａ側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている。また、これに対応して、スリーブ１の大径孔１ａもシャフト２の太径外周面２ｃに対して、一定の隙間を有するように、奥端面２ａ側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている。そして、このように断面形状が傾斜した、シャフト２の太径外周面２ｃとスリーブ１の大径孔１ａの壁面との少なくとも一方に、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受１１Ａを構成している。

この構成によれば、上記実施の形態１と同様な作用効果を得られるだけでなく、シャフト２の奥端面寄りの太径外周面２ｃに臨む箇所に構成したラジアル軸受１１Ａが、奥端面２ａ側ほど軸心から広がるような傾斜形状に形成されているので、シャフト２が回転されると、ラジアル軸受１１Ａの作用により、シャフト２をスラストプレート３側に押し付けようとするスラスト力も働き、スラスト軸受１２によるシャフト２がスラストプレート３より浮き上がろうとする力の一部を相殺することができて、回転駆動時のシャフト２の浮き上がり量を良好に制御できる利点がある。
（実施の形態３）
上記実施の形態２の流体軸受装置においては、シャフト２における太径外周面２ｃが、奥端面２ａ側ほど太径となるような円錐台形状に形成されているが、これに対して、この実施の形態３の流体軸受装置においては、図３に示すように、太径外周面２ｃは一定の大きな直径で形成されている一方、細径外周面２ｄが、開口端１ｃ側ほど細径となるような円錐台形状に形成されている。また、これに対応して、スリーブ１の小径孔１ｂもシャフト２の細径外周面２ｄに対して、一定の隙間を有するように、開口端１ｃ側ほど細径となるような円錐台形状に形成されている。そして、このように断面形状が傾斜した、シャフト２の細径外周面２ｄとスリーブ１の小径孔１ｂの壁面との少なくとも一方に、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受１１Ｂを構成している。また、この流体軸受装置においては、上記実施の形態１、２に示したようなテーパシール部は設けられていない。

この構成によれば、上記実施の形態１と同様な作用効果を得られるだけでなく、シャフト２の細径外周面２ｄに臨む箇所に構成したラジアル軸受１１Ｂが、開口端１ｃ側ほど細径、つまり軸心に近づくような傾斜形状に形成されているので、シャフト２が回転されると、ラジアル軸受１１Ｂの作用により、シャフト２をスラストプレート３側に押し付けようとするスラスト力も働き、スラスト軸受１２によるシャフト２がスラストプレート３より浮き上がろうとする力の一部を相殺することができて、回転駆動時のシャフト２の浮き上がり量を良好に制御できる。

しかも、この構成によれば、シャフト２を回転させると、ラジアル軸受１１Ｂの箇所の作動流体５が遠心力により径の大きい側、すなわち奥端面２ａ側に移動しようとするので、シャフト２の奥端面２ａに臨む箇所に形成されたスラスト軸受１２の作用により、スラスト軸受１２の箇所から作動流体５が開口端１ｃ側に移動しようとする流れが、前記ラジアル軸受１１Ｂの箇所で抑制され、この結果、テーパシール部などを設けなくても、作動流体５が外部に漏れ出ることを防止できる。このように、従来設けていたテーパシールなどを設けなくて済むので、構造が簡単となり、製造コストの低減を図ることもできる。
（実施の形態４）
上記実施の形態２、３の流体軸受装置においては、シャフト２における太径外周面２ｃまたは細径外周面２ｄが、奥端面２ａ側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている場合を述べたが、この実施の形態４においては、図４に示すように、シャフト２におけるスリーブ１内に挿入されている箇所全体の外周面２ｅが、奥端面２ａ側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている。また、これに対応して、スリーブ１の孔１ｄもシャフト２の外周面２ｅに対して、一定の隙間を有するように、奥端面２ａ側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている。そして、このように断面形状が傾斜した、シャフト２の外周面２ｅとスリーブ１の孔１ｄの壁面との少なくとも一方に、ヘリングボーン形状やスパイラル形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受１１を構成している。また、この流体軸受装置においても、上記実施の形態１、２に示したようなテーパシール部は設けられていない。

この構成によれば、上記実施の形態３と同様な作用効果を得られるだけでなく、上記実施の形態３と比較して、シャフト２ならびにスリーブ１の形状を簡素にすることができるので、構造が簡単となり、製造コストの低減を図ることができる。
（実施の形態５）
この実施の形態５の流体軸受装置においては、図５に示すように、シャフト２の太径外周面２ｃの内側に、シャフトの細径外周面２ｄの一部が重なるように配設されている。つまり、シャフト２の太径外周面２ｃにおける開口端１ｃ寄り箇所の内側に、溝部２ｆが形成され、溝部２ｆの内側に続くようにシャフト２の細径外周面２ｄが形成されている。

この構成によれば、上記実施の形態１〜４に示す流体軸受装置と同じように薄型化を実現できながら、上記実施の形態１〜４の流体軸受装置よりもラジアル軸受１１Ａ、１１Ｂの合計寸法長さをさらに長くすることができる（すなわち、シャフト２のスリーブ１内に収納されている軸心長さよりも長くすることができる）。したがって、回転精度や剛性をさらに向上させることができて信頼性が向上する。

なお、図５に示した流体軸受装置においては、シャフト２における太径外周面２ｃおよび細径外周面２ｄとも、それぞれ一定の直径で形成されているが、これに限るものではなく、奥端面２ａ（または開口端１ｃ）側ほど太径となるような円錐台形状に形成させてもよい。

また、上記実施の形態１〜３、５の流体軸受装置においては、シャフト２のスリーブ１内に収納されている箇所が軸心方向に対して略２つの領域（太径外周面２ｃと細径外周面２ｄ）に段階的に分けられている場合を述べたが、これに限るものではなく、３段階以上の領域に分けて、少なくとも一部の領域が奥端面２ａ側ほど太径となるように構成すればよい。

本発明は、ハードディスク装置用スピンドルモータなどの流体軸受装置に適用できるが、特に、小さいスペースに収納可能な各種モータなどの軸受として用いることが適している。

本発明の第１の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図 本発明の第２の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図 本発明の第３の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図 本発明の第４の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図 本発明の第５の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図 従来の流体軸受装置の部分断面正面図

符号の説明

１ スリーブ
１ａ 大径孔（挿通孔）
１ｂ 小径孔（挿通孔）
１ｃ 開口端
１ｄ 孔（挿通孔）
２ シャフト
２ａ 奥端面
２ｂ 段差部
２ｃ 太径外周面
２ｄ 細径外周面
２ｅ 外周面
２ｆ 溝部
３ スラストプレート
５ 作動流体
１１、１１Ａ、１１Ｂ ラジアル軸受
１２ スラスト軸受
１３ テーパシール部

Claims (6)

1. 挿通孔を有するスリーブと、このスリーブの挿通孔に挿入されたシャフトと、シャフトの奥端面に対向させた姿勢でスリーブに固定されたスラストプレートと、スリーブおよびスラストプレートとシャフトとの間に保持された作動流体と、を備え、
   シャフトの奥端面寄りの外周面部分を、開口端寄りの外周面部分よりも太径に形成し、
   シャフトの前記奥端面寄りの太径外周面に臨む箇所と、シャフトの前記開口端寄りの細径外周面に臨む箇所との、それぞれの箇所にラジアル軸受を構成し、
   シャフトの前記奥端面に臨む箇所にスラスト軸受を形成した流体軸受装置。
2. シャフトの奥端面寄りの箇所に太径外周面が形成され、段差部を介して、シャフトの開口端寄りの箇所に細径外周面が形成されている請求項１記載の流体軸受装置。
3. シャフトの太径外周面が、奥端面側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている請求項１記載の流体軸受装置。
4. シャフトの細径外周面が、開口端側ほど細径となるような円錐台形状に形成されている請求項１記載の流体軸受装置。
5. シャフトの太径外周面から細径外周面にかけての箇所が、奥端面側ほど太径となるような円錐台形状に形成されている請求項１記載の流体軸受装置。
6. シャフトの太径外周面の内側に、シャフトの細径外周面の一部が重なるように配設されている請求項１記載の流体軸受装置。

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