JP2005291452A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラストフランジとスラストプレート部材との間の箇所での作動流体の圧力変動が小さくなるよう調整できて作動流体が漏れ出ることを阻止できながら、加工が容易で、切削粉を生じた場合でも容易に確認できるとともに除去でき、軸の回転に支障をきたすことを防止できる流体軸受装置を提供する。
【解決手段】 スラストプレート部材４に、その厚み方向に貫通して、スラストフランジ２の外周面とスリーブ３の軸受孔太径部３ｂとの間の空間にその一端が連通する貫通孔４ｂを形成し、スラストプレート部材４における貫通孔４ｂの他端側に隣接させて、シール部材１０をスリーブ３に固定させて配設し、シール部材１０におけるスラストプレート部材４に臨む面に、前記スラストプレート部材４の貫通孔４ｂの他端と、軸１が外部に露出する開口部８近傍の作動流体７のシール部９とを連通させる凹部１０ａを形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は動圧流体軸受を使用した流体軸受装置に関するものである。

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、従来用いられてい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る流体軸受装置が多く用いられつつある。この流体軸受装置として、高容量化に伴って多数枚の記録ディスクを使用する場合などには、一端側だけを支持する片持ちタイプのものよりも、軸心の傾きを発生し難い両端部を支持する両端支持タイプのものが用いられる。

この種の従来の流体軸受装置は、例えば、特許文献１などに開示されている。この流体軸受装置は、図３に示すように、軸５１の片側に太径のスラストフランジ５２が一体的に設けられ、軸５１およびスラストフランジ５２がスリーブ５３の軸受孔５３ａ、５３ｂに挿入され、スラストプレート部材５４が、スラストフランジ５２の径方向に延びる一方の面５２ａに臨む姿勢で、スリーブ５３に固定されている。また、軸５１の外周面またはスリーブ５３の内周面の少なくとも一方（図３に示す場合においては軸５１の外周面）に動圧発生溝５５を有するラジアル軸受面が形成され、スラストフランジ５２の半径方向に延びる前記一方の面５２ａと、この面５２ｂに臨むスラストプレート部材５４の面５４ａと、スラストフランジ５２の半径方向に延びる他方の面５２ｂと、この面５２ａに臨むスリーブ５３の面５３ｃとの少なくとも一箇所（図３に示す場合においてはスラストフランジ５２の一方の面５２ａと他方の面５２ｂ）に動圧発生溝５６を有するスラスト軸受面が形成され、軸５１とスリーブ５３との間の隙間およびスラストフランジ５２とスラストプレート部材５４との間の隙間に潤滑油などの作動流体５７が充満されている。

そして、この流体軸受装置がスピンドルモータなどに用いられる場合には、スリーブ５３やスリーブに取り付けたハブと軸を固定するベースとの対向部分にスピンドルモータ部が設けられ（図示せず）、この回転に伴ってスリーブ５３または軸５１が回転駆動されると、ラジアル軸受面およびスラスト軸受面の動圧発生溝５５、５６により潤滑油などの作動流体５７が所定方向に供給されて圧力が発生し、軸５１によりスリーブ５３が一定量の隙間を有して浮上した非接触姿勢で回転自在に支持される。なお、図３に示すように、軸５１におけるスラストフランジ５２が設けられている側の端部（図３に示す場合には軸５１の上端部）も外部に露出して配置され、図示していないが、両端支持タイプの場合は、軸５１における前記端部および反対側の端部の両端部が、それぞれベース部材やカバーなどの所定位置に固定された部材に固定される。また、軸５１におけるスラストフランジ５２が設けられている側の端部が外部に露出しているので、この箇所から作動流体５７が漏れないように、作動流体５７を溜めることができるシール部５９が設けられることが多い。

ここで、回転開始時などには、スリーブ５３の回転速度が大きく変化するため、ラジアル軸受面およびスラスト軸受面の動圧発生溝５５、５６により作動流体５７の圧力の変動が大きくなり易い。そのため、場合によっては、作動流体５７が、ラジアル軸受面が設けられている軸５１の中央側箇所から、スラストフランジ５２の他方の面５２ｂに臨む箇所および、スラストフランジ５２の外周面に臨む箇所を介して、スラストフランジ５２とスラストプレート部材５４との間に流入するなどして、この箇所の圧力が極めて高くなり、この影響を受けて、シール部５９から開口部５８に向けて作動流体５７が漏れるおそれがあった。

これに対処すべく、前記特許文献１に開示されている流体軸受装置においては、スラストプレート部材５４の作動流体５７に臨む外周部内面に切除部５４ｂを形成するとともに、この切除部５４ｂとスラストプレート部材５４の内周面の内側箇所、すなわち、開口部５８近傍箇所とを連通させる連通孔５４ｃを形成している。なお、図４（ａ），（ｂ）に示すように、切除部５４ｂは連通孔５４ｃに対応するように、外周部における所定角度範囲だけに形成されている。

この構成によれば、開口部５８に臨むシール部５９では作動流体５７もほぼ大気圧に近い圧力であるので、連通孔５４ｃによりシール部５９に連通されている切除部５４ｂも大気圧に近い比較的低い圧力に維持され、回転開始時などに、矢印で示すように、スラストフランジ５２の外周面に臨む箇所からスラストフランジ５２とスラストプレート部材５４との間に作動流体５７が流れ込もうとした際などに、作動流体５７の一部が切除部５４ｂに流れ込むなどして、スラストフランジ５２とスラストプレート部材５４との間の箇所の作動流体５７の圧力が急激に高くなることがなくなり、この結果、開口部５８から作動流体５７が漏れ出ることを防止できる。つまり、切除部５４ｂや連通孔５４ｃを形成したことにより、スラストフランジ５２とスラストプレート部材５４との間の箇所での作動流体５７の圧力変動が小さくなるよう調整されて、作動流体５７が漏れ出ることが阻止され、この結果、流体軸受装置の信頼性が向上する。
特開２００２−１５５９４０号公報

しかしながら上記の従来構成の流体軸受装置では、次のような課題があった。
スラストプレート部材５４は直径方向の寸法に対して厚み方向の寸法が小さいため、その半径方向に延びる連通孔５４ｃを形成する加工が困難であった。また、特にスラストプレート部材５４がステンレスなどの硬い材料である場合や、流体軸受装置が小型であり、スラストプレート部材５４の厚みが１〜２ｍｍしかない場合には、その穿孔加工が極めて困難となる。

また、穿孔加工を行う際の切削金属粉が連通孔５４ｃに残る場合があるが、このように金属粉が連通孔５４ｃに残ると、作動流体５７の流れが悪くなり、調整効果が低下する。また、金属粉がラジアル軸受面やスラスト軸受面が設けられている箇所に流入すると、ラジアル軸受面やスラスト軸受面が損傷したり、軸５１の回転に支障をきたしたりするおそれがある。

また、連通孔５４ｃは細くて長い形状であるので、洗浄することが困難で、さらに、金属粉が連通孔５４ｃに残っていた場合でも、金属粉が残っていることを視認することが困難であった。

本発明は上記課題を解決するもので、スラストフランジとスラストプレート部材との間の箇所での作動流体の圧力変動が小さくなるよう調整できて作動流体が漏れ出ることを阻止できながら、加工が容易で、切削粉を生じた場合でも容易に確認できるとともに除去でき、軸の回転に支障をきたすことを防止できる流体軸受装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、軸と一体的にスラストフランジが設けられ、前記軸およびスラストフランジがスリーブの軸受孔に挿入され、スラストフランジの径方向に延びる一方の面に臨む姿勢で、スラストプレート部材がスリーブに固定され、軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方に動圧発生溝を有するラジアル軸受面が形成され、スラストフランジの半径方向に延びる前記一方の面と、この面に臨むスラストプレート部材の面と、スラストフランジの半径方向に延びる他方の面と、この面に臨むスリーブの面との少なくとも一箇所に動圧発生溝を有するスラスト軸受面が形成され、軸とスリーブとの間の隙間およびスラストフランジとスラストプレート部材との間の隙間に作動流体が充満され、軸におけるスラストフランジが設けられている側の端部が外部に露出されている流体軸受装置であって、スラストプレート部材に、軸の軸心方向に沿うその厚み方向に貫通して、スラストフランジ外周面とスリーブの軸受孔太径部との間の空間にその一端が連通する貫通孔を形成し、スラストプレート部材における貫通孔の他端側に隣接させて、隣接部材をスリーブに対して固定させて配設し、隣接部材におけるスラストプレート部材に臨む面に、前記スラストプレート部材の貫通孔の他端と、軸が外部に露出する開口部近傍の作動流体の貯留部とを連通させる凹部を形成したことを特徴とする。

また、凹部を、隣接部材におけるスラストプレート部材に臨むように配置される面の内周寄り部分の全周にわたって形成するとよく、隣接部材としては、軸との間に作動流体としての潤滑油を溜めてシールするシール部材が好適である。

この構成によれば、スラストプレート部材の貫通孔と隣接部材の凹部とを介して、スラストフランジ外周面とスリーブの軸受孔太径部との間の空間と、軸が外部に露出する箇所近傍の作動流体の貯留部とが連通されるので、スラストフランジとスラストプレート部材との間の箇所での作動流体の圧力変動が小さくなるよう調整されて、作動流体が漏れ出ることが阻止される。

また、製造工程や組付け工程において、スラストプレート部材に対して、軸の軸心方向に沿うその厚み方向に貫通する貫通孔を形成し、隣接部材の外部に露出している面に凹部を形成し、その後、スラストプレート部材と隣接部材とが隣接するようにスリーブに組付けるだけでよいので、スラストプレート部材の厚みが小さい場合などでも、各加工作業や組付け作業を容易に行うことができる。さらに、スラストプレート部材とは別の隣接部材に凹部を形成するので、隣接部材として安価な部材を用いたり、加工が容易な部材を用いたりすることができる。

また、スラストプレート部材の貫通孔や隣接部材の凹部に切削時の金属粉などが付着していた場合でも、容易に視認できるとともに、洗浄作業も極めて容易である。したがって、ラジアル軸受面やスラスト軸受面が損傷したり、軸の回転に支障をきたしたりすることも防止できる。

上記したように本発明によれば、スラストフランジとスラストプレート部材との間の箇所での作動流体の圧力変動が小さくなるよう調整されて、作動流体が漏れ出ることが阻止されるだけでなく、スラストプレート部材の厚みが小さい場合などでも、各加工作業や組付け作業を容易に行うことができ、スラストプレート部材とは別の隣接部材に凹部を形成するので、隣接部材として安価な部材を用いたり、加工が容易な部材を用いたりすることができる。また、スラストプレート部材の貫通孔や隣接部材の凹部に切削時の金属粉などが付着していた場合でも、容易に視認できるとともに、洗浄作業も極めて容易である。したがって、ラジアル軸受面やスラスト軸受面が損傷したり、軸の回転に支障をきたしたりすることも防止でき、信頼性がさらに向上する。

また、凹部を、隣接部材の片面における内周寄り部分の全周にわたって形成しているので、隣接部材をスラストプレート部材に隣接させて組付ける際に、その隣接部材の周方向の組付け位置を考慮しなくても、スラストプレート部材の貫通孔と隣接部材の凹部内の空間とが良好に連通し、作業能率がよい。さらに、凹部が内周寄り部分の全周にわたって形成されているので、スラストプレート部材の貫通孔の数や断面積を変更することで、これらの流路に流れる作動流体の量も容易に変更できる利点がある。

以下、本発明の実施の形態に係る流体軸受装置を図面に基づき説明する。
この流体軸受装置は、図１（ａ）に示すように、軸１と一体的に結合されるように、軸１よりも太径のスラストフランジ２が片側（図１（ａ）に示す場合には軸１の下部）に外嵌されて固定され、これらの軸１およびスラストフランジ２はスリーブ３の軸受孔に挿入されている。スリーブ３の軸受孔は、軸１が挿入されている軸受孔細径部３ａと、スラストフランジ２が挿入されている軸受孔太径部３ｂとから構成されている。また、スラストフランジ２の径方向に延びる一方の面２ａに臨む姿勢で、スラストプレート部材４がスリーブ３の内周凹部に圧入されて固定されている。

軸１の外周面またはこれに対向するスリーブ３の内周面の少なくとも一方（図１（ａ）に示す場合においてはスリーブ３の内周面）には螺旋状や魚骨状などの動圧発生溝５を有するラジアル軸受面が形成されている。また、スラストフランジ２の半径方向に延びる前記一方の面２ａと、この面２ａに臨むスラストプレート部材４の面４ａと、スラストフランジ２の半径方向に延びる他方の面２ｂと、この面２ｂに臨むスリーブ３の面３ｃとの少なくとも一箇所（図１（ａ）に示す場合においてはスラストフランジ２の一方の面２ａおよび他方の面２ｂ）に螺旋状や魚骨状などの動圧発生溝６を有するスラスト軸受面が形成されている。そして、軸１とスリーブ３との間の隙間およびスラストフランジ２とスラストプレート部材４との間の隙間に潤滑油などの作動流体７が充満されている。

そして、この流体軸受装置がスピンドルモータなどに用いられる場合には、スリーブ３やスリーブ３に取り付けたハブと軸１を固定するベースとの対向部分にスピンドルモータ部が設けられ（図示せず）、この回転に伴ってスリーブ３が回転駆動されると、ラジアル軸受面およびスラスト軸受面の動圧発生溝５、６により潤滑油などの作動流体７が所定方向に供給されて圧力が発生し、軸１によりスリーブ３が一定量の隙間を有して浮上した非接触姿勢で回転自在に支持される。

図１に示すように、軸１におけるスラストフランジ２が設けられている側の端部（図１（ａ）に示す場合には軸１の下端部）も外部に露出して配置され、図示していないが、軸１における前記端部（下端部）および反対側の端部（上端部（図示せず））の両端部が、それぞれベース部材やカバーなどの所定位置に固定された部材に固定される。また、軸１におけるスラストフランジ２が設けられている側の端部が開口部８から外部に露出しているので、この箇所から作動流体７が漏れないように、作動流体７を溜めることができるシール部９が設けられている。シール部９はスラストプレート部材４に隣接させて配設された隣接部材としてのシール部材１０の内周面と、軸１の外周面との間に形成され、シール部材１０は、スラストプレート部材４とともにスリーブ３に固定されている。また、シール部材１０はその内周面が開口部８側（この実施の形態では下方）ほど広がるように傾斜されて形成されており、温度変動などにより作動流体７の量が変動した場合でもシール部９において、この作動流体７の量の変動を吸収できるように、比較的多くの量の作動流体７を貯留可能に構成されている。

図１（ａ），（ｂ）、図２（ａ）に示すように、スラストプレート部材４には、軸１の軸心方向に沿うその厚み方向に貫通して貫通孔４ｂが複数形成されている。この貫通孔４ｂの一端（この実施の形態では上端）は、スラストフランジ２の外周面とスリーブ３の軸受孔太径部３ｂとの間の空間に連通するように、より詳しくは、スラストフランジ２の外周面とスリーブ３の軸受孔太径部３ｂとの間の空間と、スラストフランジ２とスラストプレート部材４との間の空間との接続部分の箇所に連通するように形成されている。また、シール部材１０におけるスラストプレート部材４に臨む面に、このスラストプレート部材４の貫通孔４ｂの他端（この実施の形態では下端）と、作動流体７の貯留部であるシール部９とを連通させる凹部１０ａが内周寄り部分の全周にわたって形成されている。ここで、シール部材１０の凹部１０ａにおける外周縁部分は、図１（ｂ）に拡大して示すように、貫通孔４ｂに近づく側ほど外周側に広がるテーパ面形状に形成されている。

なお、軸１、スラストフランジ２、スリーブ３、スラストプレート部材４は、回転時に動圧発生溝５、６により良好に圧力が発生するように、ステンレスなどの剛性の大きな材料で構成されている一方、シール部材１０は、樹脂などの成形しやすい材料で構成されている。

上記構成によれば、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂとシール部材１０の凹部１０ａとを介して、スラストフランジ２の外周面とスリーブ３の軸受孔太径部３ｂとの間の空間と、開口部８に臨むシール部９とが連通されるので、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂや、スラストフランジ２の外周面とスリーブ３の軸受孔太径部３ｂとの間の空間と、スラストフランジ２とスラストプレート部材４との間の空間との接続部分での作動流体７の圧力が、大気圧に近づいて圧力変動が小さくなるよう調整される。したがって、回転開始時などに、矢印で示すように、スラストフランジ２の外周面に臨む箇所からスラストフランジ２とスラストプレート部材４との間に作動流体７が流れ込もうとした際などに、作動流体７の一部がスラストプレート部材４の貫通孔４ｂ側に流れ込むなどして、スラストフランジ２とスラストプレート部材４との間の箇所の作動流体７の圧力が急激に高くなることがなくなり、この結果、開口部８から作動流体７が漏れ出ることが防止される。これにより、流体軸受装置の信頼性が向上する。

なお、シール部材１０の凹部１０ａにおける外周縁部分が、図１（ｂ）に拡大して示すように、貫通孔４ｂに近づく側ほど外周側に広がるテーパ面形状に形成されているので、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂに流れ込んだ作動流体７が凹部１０ａにおける外周縁部分のテーパ面に沿って積極的に凹部１０ａの内周側に案内され、作動流体７の貫通孔４ｂと凹部１０ａとの接続部での流れ状態が良好となる。

また、スラストプレート部材４は、その厚み方向に貫通する貫通孔４ｂが形成されているだけの簡単な構造であるので、スラストプレート部材４としてステンレスなどの剛性の大きな材料を用いる場合でも、貫通孔４ｂをプレス成形などにより容易に行うことができる。また、貫通孔４ｂはその厚み方向に貫通するので、流体軸受装置が小型であり、スラストプレート部材４の厚みが１〜２ｍｍしかない場合でも、その穿孔加工は容易である。

さらに、シール部材１０の凹部１０ａは簡単な形状であるため、容易に成形できる上に、スラスト軸受面が形成されているスラスト軸受部を構成するスラストプレート部材４とは別部品であるので、シール部材１０として加工精度はあまり高くなくても支障をきたすことがなく、樹脂形成などにより形成でき、製造コストを低く抑えることができると同時に加工も極めて容易である。

なお、これらの部品の組立ては、まず、軸１にスラストフランジ２を外嵌させた後、このスラストフランジ２を組付けた軸１をスリーブ３の軸受孔細径部３ａ，軸受孔太径部３ｂに挿入し、次に、スリーブ３にスラストプレート部材４とシール部材１０とを順次組付けることで簡単に行える。また、この場合に、シール部材１０の凹部１０ａは内周寄り部分の全周にわたって形成されているので、シール部材１０の周方向の位置を考慮しなくても、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂとシール部材１０の凹部１０ａ内の空間とが良好に連通し、作業能率がよい。さらに、シール部材１０の凹部１０ａがスラストプレート部材４に臨む面における内周寄り部分の全周にわたって形成されているので、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂとシール部材１０の凹部１０ａ内との連通する面積も、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂの数や断面積を調整することで容易に行うことができ、これにより、この箇所の流路に流れる作動流体７の量も容易に変更できる利点がある。なお、各部品を組立てた後には、真空注油法などにより作動流体７を充填するとよい。

また、上記構成によれば、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂやシール部材１０の凹部１０ａを切削加工により形成した場合などに切削時の金属粉や樹脂粉などが付着していた場合に、スラストプレート部材４の貫通孔４ｂはその厚み方向に貫通しているので内面に付着した金属粉などを容易に見つけることができ、また、シール部材１０の凹部１０ａは単体では外部に露出しているので凹部１０ａに付着した樹脂粉などを容易に見つけることができる。このように、切削粉などを生じても容易に視認できるとともに、洗浄作業も極めて容易である。したがって、製造時に発生した切削粉などを確実に除去できて、ラジアル軸受面やスラスト軸受面が損傷したり、軸１の回転に支障をきたしたりすることも防止でき、これによっても信頼性が向上する。また、長期使用の間に、軸受部などで金属粉を生じていた場合でも流体軸受装置を分解した際に容易に洗浄して除去できる。

なお、上記実施の形態では、作動流体７を溜めるシール部９を設けるためのシール部材１０に凹部１０ａを設けたことにより、部品点数の増加を最小限に抑えることができる利点があるが、これに限るものではなく、凹部１０ａを形成する隣接部材（スラストプレート部材４に隣接して配設する部材）を、シール部材１０と別部品で構成することも可能である。

また、上記実施の形態においては、シール部材１０の形状をその内周面が開口部８側ほど広がるように傾斜させた場合を述べたが、これに限るものではなく、その内周面が開口部８側ほど広がるように段付き形状に形成してもよい。

また、上記実施の形態では、スラストフランジ２が軸１の下部に設けられている場合を示したが、これに限るものではなく、スラストフランジが軸の上部に設けられている場合や、軸１自体が横方向や斜め方向に配置される場合でも適用可能である。

また、上記実施の形態では、軸１およびスラストフランジ２が固定され、スリーブ３側が回転する場合を述べたが、この構造を、スリーブ側が固定され、軸およびスラストフランジが回転する構成のものにも適用可能である。

本発明は、ハードディスク装置やその他の装置のスピンドルモータなどに特に適した流体軸受装置に適用できるが、送風機やその他の機器にも適用可能である。

（ａ）は本発明の実施の形態に係る流体軸受装置の断面図 （ｂ）は同流体軸受装置の部分拡大断面図 （ａ）は同流体軸受装置のスラストプレート部材の平面図 （ｂ）は同流体軸受装置のシール部材の平面図 従来の流体軸受装置の断面図 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ同従来の流体軸受装置におけるスラストプレート部材の平面図

符号の説明

１ 軸
２ スラストフランジ
３ スリーブ
３ａ 軸受孔細径部
３ｂ 軸受孔太径部
４ スラストプレート部材
４ｂ 貫通孔
５ 動圧発生溝（ラジアル軸受面）
６ 動圧発生溝（スラスト軸受面）
７ 作動流体
８ 開口部
９ シール部
１０ シール部材（隣接部材）
１０ａ 凹部

Claims (3)

1. 軸と一体的にスラストフランジが設けられ、
   前記軸およびスラストフランジがスリーブの軸受孔に挿入され、
   スラストフランジの径方向に延びる一方の面に臨む姿勢で、スラストプレート部材がスリーブに固定され、
   軸外周面またはスリーブ内周面の少なくとも一方に動圧発生溝を有するラジアル軸受面が形成され、
   スラストフランジの半径方向に延びる前記一方の面と、この面に臨むスラストプレート部材の面と、スラストフランジの半径方向に延びる他方の面と、この面に臨むスリーブの面との少なくとも一箇所に動圧発生溝を有するスラスト軸受面が形成され、
   軸とスリーブとの間の隙間およびスラストフランジとスラストプレート部材との間の隙間に作動流体が充満され、
   軸におけるスラストフランジが設けられている側の端部が外部に露出されている流体軸受装置であって、
   スラストプレート部材に、軸の軸心方向に沿うその厚み方向に貫通して、スラストフランジ外周面とスリーブの軸受孔太径部との間の空間にその一端が連通する貫通孔を形成し、
   スラストプレート部材における貫通孔の他端側に隣接させて、隣接部材をスリーブに対して固定させて配設し、
   隣接部材におけるスラストプレート部材に臨む面に、前記スラストプレート部材の貫通孔の他端と、軸が外部に露出する開口部近傍の作動流体の貯留部とを連通させる凹部を形成した流体軸受装置。
2. 凹部が隣接部材におけるスラストプレート部材に臨むように配置される面の内周寄り部分の全周にわたって形成されている請求項１記載の流体軸受装置。
3. 隣接部材が、軸との間に作動流体としての潤滑油を溜めてシールするシール部材である請求項１または２に記載の流体軸受装置。

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