JP2007092799A - 流体軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 スラスト軸受部において発生する動圧のバランスを安定化させることで信頼性の向上を図ることが可能な流体軸受装置を提供する。
【解決手段】 スピンドルモータ1では、シャフト41と、スリーブ42と、第1・第2スラストフランジ41b・41cと、第1・第2スラスト軸受部72・73と、スラスト動圧発生溝72a・73aとを備えた流体軸受装置4を搭載している。スラスト動圧発生溝72a・73aは、複数の溝部分が互いにつながっており、個々の溝部分が独立しないように形成されているとともに、内周側から外周側に向かって溝深さが大きくなるように形成されている。
【選択図】 図4

Description

本発明は、スラスト動圧軸受部を有する流体軸受装置に関する。
従来より、スリーブおよびシャフトのいずれか一方の面にスラスト動圧発生部が形成され、回転側であるスリーブまたはシャフトを回転させることで、スラスト動圧発生部において動圧を発生させて、両者の間に所定隙間を空けた非接触状態で回転側を回転させる流体軸受装置が用いられている。
例えば、特許文献1には、シャフトの端面に形成されたフランジの端面に、ヘリングボ−ン形の動圧発生溝が周方向に所定の間隔を隔てて複数個形成されたスラスト動圧軸受が開示されている。
このスラスト動圧軸受に形成された動圧発生溝は、径方向における最も外側の外周部から中央部に向かって徐々に浅くなっており、かつ径方向における最も内側の内周部から中央部に向かって徐々に浅くなっている。また、径方向の最も外側の外周部の溝深さは、径方向の最も内側の内周部の溝深さよりも深くなっている。
一方、特許文献2には、軸部の軸方向端面に、複数のアキシャル支持用の動圧溝が周方向にスパイラル状に並ぶように形成されており、この端面の外周縁が湾曲形状になっているスラスト動圧軸受が開示されている。
このスラスト動圧軸受では、この外周縁と上記動圧溝との間には1mm以下、好ましくは0.5mm以下の幅の平坦部が設けられている。
特開2000−346056号公報(平成12年12月12日公開) 特開平9−303381号公報(平成9年11月25日公開) 特開平10−217035号公報(平成10年8月18日公開)
しかしながら、上記従来の流体軸受装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、特許文献1に開示されたスラスト動圧軸受の構成では、モータつまり軸受が回転し始める際等において、スラスト面が対向面と金属接触することにより所定の溝深さを確保することができなくなるおそれがある。
つまり、スラスト軸受部において回転が開始される際には、ハウジングの平坦な面とフランジとの間に動圧が発生するが、その際、フランジはすりこぎ運動しながら浮上する。ここで、フランジがすりこぎ運動しながら浮上するということは、フランジの面とこれに対向する外周面近傍が、互いに金属接触することで金属磨耗によって削られることになる。そして、フランジのスラスト軸受面の外周部分近傍が削られた場合には、動圧発生溝の深さが浅くなってしまい、動圧発生溝の径方向中央部に効率よく潤滑流体を集めることができなくなる。
つまり、上記公報の構成では、スラスト方向の動圧バランスが崩れてしまい、スラスト軸受部にて必要な動圧バランスを得ることができなくなってしまう。
一方、特許文献2に開示されたスラスト動圧軸受の構成においても同様に、モータが回転し始める際等において、スラスト軸受部での金属接触により所定の溝深さを確保することができないという課題を有している。
具体的には、スラスト軸受部は、モ−タが停止している状態において軸受面と軸方向端面とが接触した状態にある。この状態からモ−タが回転すると、動圧溝にある潤滑剤により動圧が発生するが、動圧溝にある潤滑剤だけでは浮上しきれずに軸受面と軸方向端面とが金属接触しながら浮上して、軸受面と軸方向端面の間に隙間が形成された際に、外周縁を経由して潤滑剤がスラスト軸受部に流入してくる。すると、その金属接触によって軸方向端面が削られて動圧溝の溝深さが浅くなってしまう。さらに、軸方向端面はすりこぎ運動しながら浮上するため、軸方向端面における外周面近傍がさらに削られてしまった結果、動圧溝全体の深さが不均一になり、スラスト軸受部にて発生する動圧にアンバランスが生じる。
つまり、この公報に開示された構成においても、スラスト方向の動圧バランスが崩れてしまい、スラスト軸受部にて必要な動圧バランスを得ることができなくなってしまう。
本発明の課題は、スラスト軸受部において発生する動圧のバランスを安定化させることで信頼性の向上を図ることが可能な流体軸受装置を提供することにある。
第1の発明に係る流体軸受装置は、回転軸となるシャフトと、スリーブと、フランジと、スラスト軸受部と、スラスト動圧発生溝と、を備えている。スリーブは、シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されている。フランジは、シャフトの一方の端部付近に取り付けられている。スラスト軸受部は、フランジにおける回転軸方向に直交する面と、フランジ部における回転軸方向に直交する面に対向する面との間に形成されている。スラスト動圧発生溝は、スラスト軸受部を構成するフランジにおける回転軸方向に直交する面、もしくはその面に対向する面のうちのいずれか一方の面に複数形成されている。そして、スラスト動圧発生溝は、その面の全体において互いにつながっており、回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて溝深さが大きくなる。
ここでは、フランジとスリーブあるいは下部プレートとの間にスラスト動圧発生部が形成される流体軸受装置において、シャフトおよびスリーブ(あるいはスリーブに取り付けられた環状部材)のいずれか一方の面に形成される複数のスラスト動圧発生溝が、スラスト動圧発生面の全体において互いにつながっているとともに、溝深さが回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて深くなるように形成されている。
ここで、スラスト動圧発生溝は、例えば、スラスト動圧発生面において、回転軸を中心とするスパイラル形状、あるいはヘリングボーン形状になるように形成された凸部の間に形成される。また、上記フランジにおける回転軸方向に直交する面とは、例えば、スリーブの一部であってもよいし、スリーブに取り付けられた環状部材の一部であってもよい。そして、このスラスト動圧発生溝の中に潤滑剤を充填することで、回転時にはフランジとスリーブ(あるいは環状部材)との間に動圧を発生させることができる。さらに、シャフトに対して取り付けられているフランジは、シャフトに対して一体成形によって固定されていてもよいし、レーザ溶接等によって固定されていてもよい。
通常、スラスト軸受部においては、回転していない時には、スラスト軸受部を構成する2部品の間で金属接触している。そして、モ−タが回転し始めると、初期的には金属接触が生じるが、スラスト軸受部の潤滑剤と動圧発生溝とによって動圧が発生して、2部品間には隙間が形成されて回転体側が浮上する。
本発明の流体軸受装置では、回転が開始されると、スラスト動圧発生溝の深さが外周側の方が内周側よりも大きく、各溝がスラスト動圧発生面の全体において互いにつながっている。
これにより、スラスト動圧発生溝内へ潤滑剤が流れ込み易くなって回転体側を容易に浮上させることができるため、上記2部品が金属接触している時間を極端に短くできる。
また、各溝は、スラスト動圧発生面全体において互いにつながっているため、回転開始当初に金属接触してから回転体側が浮上するまでの間に、潤滑剤が途切れたりすることがない。
これにより、回転開始、停止を繰り返したとした場合でも、スラスト動圧発生部において常に必要な動圧を発生させることができる。この結果、金属接触が生じる時間を短縮して、金属接触によって生じるコンタミの発生を抑えて信頼性の高い流体軸受装置を得ることが可能となる。
さらに、スラスト動圧発生溝の溝深さが外周側に向かって大きくなっているため、回転開始当初にはフランジの外径部近辺が接触してスラスト動圧発生溝の凸部が金属接触により磨耗していくが、常に、動圧が一定方向(ここでは、回転軸中心方向)に働き、スラスト軸受の動圧バランスを長時間、一定方向に保つことが可能となる。
なお、本発明の流体軸受装置は、スリーブの一端が開放された流体軸受装置、スリーブの両端が開放された流体軸受装置のいずれに対しても適用することが可能である。
第2の発明に係る流体軸受装置は、円環状のロ−タハブと、シャフトと、スリーブと、スラスト軸受部と、スラスト動圧発生溝と、を備えている。シャフトは、ロ−タハブに取り付けられており、回転軸となる。スリーブは、シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されている。スラスト軸受部は、ロ−タハブにおける回転軸方向に直交する面と、これに対向するスリ−ブにおける回転軸方向に直交する面との間に形成される。スラスト動圧発生溝は、ロータハブおよびスリーブにおける回転軸方向に直交する面のいずれか一方に形成され、かつその面の全体において互いにつながっている。そして、スラスト動圧発生溝は、回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて溝深さが大きくなるように形成されている。
ここでは、ロータハブとスリーブとの間にスラスト動圧発生部が形成され、回転軸となるシャフトがロータハブに固定されている流体軸受装置において、シャフトおよびスリーブのいずれか一方の面に形成される複数のスラスト動圧発生溝が、スラスト動圧発生面の全体において互いにつながっているとともに、溝深さが回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて深くなるように形成されている。
ここで、スラスト動圧発生溝は、例えば、スラスト動圧発生面において、回転軸を中心とするスパイラル形状、あるいはヘリングボーン形状になるように形成された凸部の間に形成される。そして、このスラスト動圧発生溝の中に潤滑剤を充填することで、回転時にはロータハブとスリーブとの間に動圧を発生させることができる。
これにより、スラスト動圧発生溝内へ潤滑剤が流れ込み易くなって回転体側を容易に浮上させることができるため、上記2部品が金属接触している時間を極端に短くできる。
また、各溝は、スラスト動圧発生面全体において互いにつながっているため、回転開始当初に金属接触してから回転体側が浮上するまでの間に、潤滑剤が途切れたりすることがない。
これにより、回転開始、停止を繰り返したとした場合でも、スラスト動圧発生部において常に必要な動圧を発生させることができる。この結果、金属接触が生じる時間を短縮して、金属接触によって生じるコンタミの発生を抑えて信頼性の高い流体軸受装置を得ることが可能となる。
また、スラスト動圧発生溝の溝深さが外周側に向かって大きくなっているため、回転開始当初には、スラスト動圧発生溝の凸部が金属接触により磨耗していくものの、常に、動圧が一定方向(ここでは、回転軸中心方向)に働き、スラスト軸受の動圧バランスを長時間、一定方向に保つことが可能となる。
さらに、内周側、外周側の少なくとも一方において、円環状の凸部とスラスト動圧発生溝を形成するヘリングボーン形状等を有する凸部とが離間している場合には、起動時にスラスト動圧発生溝が形成された面が傾斜しても、隙間の広い方から狭い方へ潤滑剤がすぐに供給されるために起動時においても動圧バランスをすぐに安定化させることができる。
第3の発明に係る流体軸受装置は、回転軸となるシャフトと、スリーブと、フランジと、スラスト軸受部と、スラスト動圧発生溝と、円環状の凸部と、を備えている。スリーブは、シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されている。フランジは、シャフトの一方の端部付近に取り付けられている。スラスト軸受部は、フランジにおける回転軸方向に直交する面と、フランジ部における回転軸方向に直交する面に対向する面との間に形成されている。スラスト動圧発生溝は、スラスト軸受部を構成するフランジにおける回転軸方向に直交する面およびこれに対向する面のいずれか一方の面に形成されている。円環状の凸部は、スラスト動圧発生溝が形成されている面における最内周側と最外周側とにそれぞれ形成されており、その高さはスラスト動圧発生溝の深さ以上である。
ここでは、フランジとスリーブあるいはスリーブの下端部に取り付けられた環状部材との間にスラスト動圧発生部が形成される流体軸受装置において、スラスト動圧発生溝が形成されたスラスト動圧発生面における回転軸を中心とする内周側の端部と外周側の端部とにそれぞれ円環状の凸部を設けている。そして、この円環状の凸部は、スラスト動圧面に形成されたスラスト動圧発生溝の深さ以上の高さを有するように形成されている。
ここで、スラスト動圧発生溝は、例えば、スラスト動圧発生面において、回転軸を中心とするスパイラル形状、あるいはヘリングボーン形状になるように形成された凸部の間に形成される。また、上記フランジにおける回転軸方向に直交する面とは、例えば、スリーブの一部であってもよいし、スリーブに取り付けられた環状部材の一部であってもよい。そして、このスラスト動圧発生溝の中に潤滑剤を充填することで、回転時にはフランジとスリーブとの間に動圧を発生させることができる。さらに、シャフトに取り付けられているフランジは、シャフトに対して一体成形によって固定されていてもよいし、レーザ溶接等によって固定されていてもよい。
通常、スラスト動圧発生溝が形成されている面における内周側および外周側のそれぞれの端部に環状凸部を設けていない構成では、エッチング工程においてスラストグルーブを形成するエッチング液がグルーブ形成と同時に、内周側および外周側から流出して面を侵す問題点がある。ここで、内周側は、シャフトとの嵌合部であるため、エッチング液の侵食による寸法変化を許容し難い部分である。また、外周部は、軸受のキャピラリーシール部であってシール構成の能力を発揮するためには、表面粗さや寸法、形状等が重要になるが、この部分をエッチング液によって侵食されるとその効果を発揮することができず、潤滑剤漏れ等の不具合を生じさせるおそれがある。このため、内周側および外周側の円環状凸部を設けていない構成では内周側および外周側をエッチング液によって侵されないようにマスキング処理を行う必要があった。
本発明の流体軸受装置では、スラスト動圧発生溝が形成された面におけるその内周側および外周側の端部にそれぞれスラスト動圧発生溝の溝深さ以上の高さを有する円環状の凸部を設けている。
これにより、内外の円環状の凸部によって、エッチング液の内周側および外周側への流出を防ぐことができるため、スラスト軸受の動圧バランスを安定化させることができる。さらに、従来の構成で必要であったマスキング処理が不要となり、コストダウンを図ることができる。
なお、本発明の流体軸受装置は、スリーブの一端が開放された流体軸受装置、スリーブの両端が開放された流体軸受装置のいずれに対しても適用することが可能である。
第4の発明に係る流体軸受装置は、円環状のロ−タハブと、シャフトと、スリーブと、スラスト軸受部と、スラスト動圧発生溝と、円環状の凸部と、を備えている。シャフトは、ロ−タハブに取り付けられており、回転軸となる。スリーブは、シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されている。スラスト軸受部は、ロ−タハブにおける回転軸方向に直交する面と、これに対向するスリ−ブにおける回転軸方向に直交する面との間に形成される。スラスト動圧発生溝は、ロータハブおよびスリーブにおける回転軸方向に直交する面のいずれか一方の面に形成されている。円環状の凸部は、スラスト動圧発生溝が形成されている面における最内周側と最外周側とにそれぞれ形成されており、その高さはスラスト動圧発生溝の深さ以上である。
ここでは、ロータハブとスリーブとの間にスラスト動圧発生部が形成され、回転軸となるシャフトがロータハブに固定されている流体軸受装置において、スラスト動圧発生溝が形成されたスラスト動圧発生面における回転軸を中心とする内周側の端部と外周側の端部とにそれぞれ円環状の凸部を設けている。そして、この円環状の凸部は、スラスト動圧面に形成されたスラスト動圧発生溝の深さ以上の高さを有するように形成されている。
ここで、スラスト動圧発生溝は、例えば、スラスト動圧発生面において、回転軸を中心とするスパイラル形状、あるいはヘリングボーン形状になるように形成された凸部の間に形成される。そして、このスラスト動圧発生溝の中に潤滑剤を充填することで、回転時にはロータハブとスリーブとの間に動圧を発生させることができる。
通常、スラスト動圧発生溝が形成されている面における内周側および外周側のそれぞれの端部に環状凸部を設けていない構成では、エッチング工程においてスラストグルーブを形成するエッチング液がグルーブ形成と同時に内周側、外周側から流出して面を侵す問題点がある。ここで、内周側は、シャフトとの嵌合部になるため、エッチング液の侵食による寸法変化を許容し難い部分である。また、外周側は、軸受のキャピラリーシール部であってシール構成の能力を発揮するためには、表面粗さや寸法、形状等が重要になる。このため、この部分をエッチング液によって侵食されるとその効果を発揮することができず、潤滑剤漏れ等の不具合を生じさせるおそれがある。このため、内周側および外周側の円環状の凸部を設けていない構成では内周側および外周側をエッチング液によって侵されないようにマスキング処理が必要であった。
本発明の流体軸受装置では、スラスト動圧発生溝が形成された面におけるその内周側および外周側の端部にそれぞれスラスト動圧発生溝の溝深さ以上の高さを有する円環状の凸部を設けている。
これにより、内外の円環状の凸部によって、エッチング液の内周側および外周側への流出を防ぐことができるため、スラスト軸受の動圧バランスを安定化させることができる。また、従来の構成で必要であったマスキング処理が不要となり、コストダウンを図ることができる。さらに、内周側、外周側の少なくとも一方において、円環状の凸部とスラスト動圧発生溝を形成するヘリングボーン形状等を有する凸部とが離間している場合には、起動時にスラスト動圧発生溝が形成された面が傾斜しても、隙間の広い方から狭い方へ潤滑剤がすぐに供給されるために起動時においても動圧バランスをすぐに安定化することができる。
第5の発明に係る流体軸受装置は、第1または第2の発明に係る流体軸受装置であって、スラスト動圧発生溝が形成されている面における内周側および外周側には、その高さがスラスト動圧発生溝の深さ以上である円環状の凸部がそれぞれ形成されている。
ここでは、シャフトおよびスリーブのいずれか一方の面に形成される複数のスラスト動圧発生溝が、スラスト動圧発生面の全体において互いにつながっているとともに、溝深さが回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて深くなるように形成されている流体軸受装置において、スラスト動圧発生溝が形成されたスラスト動圧発生面における回転軸を中心とする内周側の端部と外周側の端部とにそれぞれ円環状の凸部を設けている。そして、この円環状の凸部は、スラスト動圧面に形成されたスラスト動圧発生溝の深さ以上の高さを有するように形成されている。
これにより、内外の円環状の凸部によって、潤滑剤の外周側への流れを低減することができるため、スラスト軸受の動圧バランスを安定化させることができる。
本発明の流体軸受装置によれば、スラスト軸受部にて発生する動圧バランスを常に安定化させることで、動圧軸受の信頼性を向上させることができるとともに、軸受設計を行う際に設計の幅が広がってコストダウンを図ることが可能となる。
本発明の一実施形態に係る流体軸受装置を備えたスピンドルモータ1について、図1〜図10を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、図面の上下方向を「軸方向上側」、「軸方向下側」等と表現するが、スピンドルモータ1の実際の取り付け状態を限定するものではない。
[スピンドルモータ1の全体構成]
スピンドルモータ1は、図1に示すように、主に、ベースプレート2と、ステータ5と、ロータ3と、流体軸受装置4とを備えている。なお、図1に示すO−Oは、スピンドルモータ1の回転軸線である。
ベースプレート2は、スピンドルモータ1の静止側の部分を構成しており、例えば、記録ディスク装置のハウジング(図示せず)に固定されている。また、ベースプレート2は、筒状部21を有しており、筒状部21の内周側には、流体軸受装置4のシャフト41(図2参照)の一端が固定されている。
ロータ3は、スピンドルモータ1の回転側の部材であって、磁気回路で発生する回転力により回転駆動される。なお、ロータ3の構成については、後段にて詳述する。
流体軸受装置4は、図2に示すように、ベースプレート2およびステータ5に対して相対回転可能な状態で支持するための装置である。なお、流体軸受装置4については後段にて詳述する。
ステータ5は、後述するバックヨーク33およびロータマグネット34とともに磁気回路を構成しており、筒状部21の外周側に固定されている。そして、この磁気回路により発生した回転方向の駆動力により、ベースプレート2およびステータ5に対してロータ3が回転駆動される。
[ロータ3の構成]
ロータ3は、図1に示すように、バックヨーク33と、ロータマグネット34と、ロータハブ31と、を有している。
バックヨーク33は、ロータハブ31の軸方向下側に設けられた環状の部材であり、圧入等により固定されている。また、バックヨーク33は、磁性体によって構成されている。
ロータマグネット34は、ステータ5の半径方向における外周側において対向するように配置された環状の部材であって、バックヨーク33の内周側に固定されている。
ロータハブ31は、記録ディスクMが装着される部材であり、後述するスリーブ42(図2参照)の外周側に接着等により固定されている。また、ロータハブ31は、図1に示すように、ロータハブ本体35と、ディスク載置部36とを有している。
ロータハブ本体35は、記録ディスクMを半径方向に支持する筒状の部分であって、スリーブ42の外周側に固定されている。ロータハブ本体35の外周側には、例えば、3枚の記録ディスクMが挿嵌される。
ディスク載置部36は、記録ディスクMを載置するための環状の部分であり、ロータハブ本体35の軸方向における下端部の外周側に形成されている。
なお、記録ディスクMとしては、例えば、情報アクセス手段(図示せず)によって情報を読み書きできる磁気ディスク等が含まれる。また、記録ディスクMは、クランパ39によってロータハブ本体35の側方に固定配置される。複数の記録ディスクMを固定する場合には、スペーサ40によって各記録ディスクMを一定の距離を隔てて、各記録ディスクMを挟持固定する。
[流体軸受装置4の構成]
流体軸受装置4は、図2に示すように、スリーブ42の両端が開放された両端開放型の流体軸受装置であって、シャフト41とスリーブ42とを有している。また、この流体軸受装置4は、固定されたシャフト41の周りを回転体が回転するシャフト固定型の流体軸受装置である。
(シャフト41)
シャフト41は、流体軸受装置4の固定側の部材であって、軸方向における下端部がベースプレート2の筒状部21に固定されている。また、シャフト41は、シャフト本体41aと、第1スラストフランジ41bと、第2スラストフランジ41cとを有している。
シャフト本体41aは、シャフト41の主要部を構成する円柱状の部材であって、スリーブ42の内周側にスリーブ42との間に微小隙間を介して配置されている。
第1スラストフランジ41bは、例えば、シャフト本体41aと一体成形された環状の部材であって、軸方向においてスリーブ42の軸方向下側端面と微小隙間を介して対向するように第1筒状突出部42bの内周側に配置されている。
第2スラストフランジ41cは、スリーブ42に対して軸方向の第1スラストフランジ41bと反対側に配置された環状の部材であって、例えば、シャフト本体41aに対してレーザ溶接等によって固定されている。また、第2スラストフランジ41cは、スリーブ42の軸方向上側端面と軸方向に微小隙間を介して対向するように第2筒状突出部42cの内周側に配置されている。
また、第1・第2スラストフランジ41b・41cには、スリーブ42の一部と対向する側の面に、スラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている。
スラスト動圧発生溝72a・73aは、ヘリングボーン形状の凸部81(図3参照)の間に形成されている。なお、第1・第2スラストフランジ41b・41cに形成されたスラスト動圧発生溝72a・73aについては、後段にて詳述する。
第1・第2スラストフランジ41b・41cは、外周部にテーパ形状を有している。具体的には、第1・第2スラストフランジ41b・41cの外周面は、軸方向下側および上側に向かって第1・第2筒状突出部42b・42cの内周面と離れる方向に傾斜している。
(スリーブ42)
スリーブ42は、流体軸受装置4に含まれる上下対称な回転側の筒状部材であって、シャフト41に対して相対回転可能な状態で配置された筒状の部材である。そして、スリーブ42は、例えば、外周面に複数のDカット部分が形成されたインナースリーブ43を、アウタースリーブ44に圧入(嵌挿)して組み立てることによって、後述する連通孔42eを有する筒状の部分を形成している。具体的には、スリーブ42は、前述したように、インナースリーブ43と、アウタースリーブ44とによって構成され、複数のラジアル動圧発生溝71a・71bと、凹部42aと、第1筒状突出部42bと、第2筒状突出部42cと、固定部42dと、複数の連通孔42eと、クランパ内接部42fと、ロータハブ内接部42gと、環状凸部42hとを有している。
ラジアル動圧発生溝71a・71bは、スリーブ42の内周面に形成された円周方向に均等に配置された溝であって、図示しないスパイラル形状の凸部の間に形成されている。
凹部42aは、スリーブ42の内周側に形成された環状の凹み部分であり、軸方向におけるラジアル動圧発生溝71a・71b間に配置されている。
第1・第2筒状突出部42b・42cは、スリーブ42の両端部の外周部が軸方向外側に突出する筒状の部分である。第1・第2筒状突出部42b・42cの内周部には、第1・第2スラストフランジ41b・41cが配置されており、そのため第1・第2筒状突出部42b・42cの内径は、スリーブ42の内径よりも大きく設定されている。
固定部42dは、第2筒状突出部42cの端部から軸方向上側へさらに突出するスリーブ42の筒状部分である。そして、固定部42dの内径は、第2筒状突出部42cの内径よりも大きく設定されており、固定部42dの内周側にはカバー45が接着等によって固定されている。
連通孔42eは、インナースリーブ43とアウタースリーブ44との間に形成されており、スリーブ42を軸方向に貫通するように、例えば、円周方向に均等に配置されている。
クランパ内接部42fは、記録ディスクMをロータハブ31に固定するためのクランパ39が、スリーブ42に内接する部分であって、第2筒状突出部42cの端部から軸方向上側へさらに突出する筒状部分である。なお、本実施形態では、固定部42dと、クランパ内接部42fとは、同じ部分を指している。
ロータハブ内接部42gは、スリーブ42にロータハブ31(図1参照)が内接するようにして取り付けられる部分である。
環状凸部42hは、軸方向におけるスリーブ42のほぼ中央近傍に形成される環状の凸部分である。
(シャフト41およびスリーブ42の間の軸受部71・72・73の構成)
また、シャフト41およびスリーブ42の間には、作動流体としての潤滑油(潤滑剤)46が充填されている。そして、第1スラストフランジ41bと第1筒状突出部42bとの間および第2スラストフランジ41cと第2筒状突出部42cとの間には、テーパシール部48a・48bが形成されている。
そして、この流体軸受装置4では、ロータ3を半径方向に支持するラジアル軸受部71が、ラジアル動圧発生溝71a、71bを有するスリーブ42、シャフト41およびその間に介在する潤滑油46によって構成される。また、ロータ3を軸方向に支持する第1スラスト軸受部72は、スラスト動圧発生溝72aを有する第1スラストフランジ41b、スリーブ42およびその間に介在する潤滑油46によって構成される。さらに、ロータ3を軸方向に支持する第2スラスト軸受部73は、スラスト動圧発生溝73aを有する第2スラストフランジ41c、スリーブ42およびその間に介在する潤滑油46によって構成される。
ここで、回転側の部材(スリーブ42等)が固定側の部材(シャフト41等)に対して相対回転すると、各軸受部71・72・73においてシャフト41の半径方向および軸方向において、それぞれ回転側の部材と所定の隙間を空けた状態で支持する力(動圧)が発生する。これにより、回転側の部材と固定側の部材とを非接触状態として効率よくスピンドルモータ1における回転を開始することができる。
[第1・第2スラスト軸受部72・73の構成]
本実施形態のスピンドルモータ1では、図2に示すように、流体軸受装置4を構成するシャフト41に含まれる第1スラストフランジ41bおよび第2スラストフランジ41cと、インナースリーブ43との間に、第1・第2スラスト軸受部72・73を形成している。そして、この第1・第2スラスト軸受部72・73における第1スラストフランジ41b側および第2スラストフランジ41c側の面には、図2および図3に示すように、スラスト動圧発生溝72a・73aがそれぞれ形成されている。
スラスト動圧発生溝72a・73aは、第1・第2スラストフランジ41b・41cにおけるインナースリーブ43の軸方向における両端の面に対向する面に形成された複数のへリングボーン形状の凸部81の間に形成されている。そして、スラスト動圧発生溝72a・73aは、シャフト41の回転軸を中心とする円の半径方向において、内周側から外周側に向かって徐々に溝深さが大きくなるように形成されている。具体的には、スラスト動圧発生溝72a・73aは、図4に示すように、回転中心に近いところから点A,点B,点C,点Dとした場合、溝の深さが点A<点B<点C<点Dとなるように形成されている。なお、このスラスト動圧発生溝72a・73a(ヘリングボーン形状の凸部81)は、高精度な加工が可能なエッチング工法や、高精度かつ短タクトである電解加工工法、製造コストが安価なプレス加工工法等の加工方法によって形成することができる。
また、第1・第2スラストフランジ41b・41cにおけるスラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている面には、内径側の端部と外径側の端部とにそれぞれ円環状凸部82・83が形成されている。
この円環状凸部82・83は、スラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている面からの軸方向における高さが、スラスト動圧発生溝72a・73aの溝深さよりも大きくなるように形成されている。つまり、円環状凸部82・83は、スラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている面において、スラスト動圧発生溝72a・73aを形成するヘリングボーン形状の凸部81よりも突出している。
通常、スピンドルモータ1が回転していない時には、スラスト軸受部72・73を構成する第1・第2スラストフランジ41b・41cとインナースリーブ43とは接触している。
ここで、スピンドルモータ1が回転を開始すると、初期的には、第1・第2スラストフランジ41b・41cとインナースリーブ43とは金属接触するものの、その間に介在する潤滑油46と、第1・第2スラストフランジ41b・41cに形成されたスラスト動圧発生溝72a・73aとによって動圧が発生し、両部材(第1・第2スラストフランジ41b・41cとインナースリーブ43)間には隙間が形成される。これにより、スピンドルモータ1の回転時には、固定側のシャフト41に対して、回転側のスリーブ42だけを浮上させて、非接触状態へと移行することができる。
このとき、本実施形態のスピンドルモータ1では、スラスト動圧発生溝72a・73aが、内周側から外周側に向かって溝深さが大きくなるように形成されている。ここで、スラスト軸受部72・73に存在する潤滑油46は、スピンドルモータ1において回転を開始させると、狭い空間へ移動するという性質を有している。このため、潤滑油46は、回転開始時には、スラスト動圧発生溝72a・73aにおける溝深さが小さい内周側へと効率よく流れ込んで回転側のスリーブ42を効果的に浮上させることができる。この結果、回転開始時等において、固定側のシャフト41と回転側のスリーブ42とが金属接触する時間を大幅に短くすることができる。
また、複数のヘリングボーン形状の凸部81の間に形成された複数のスラスト動圧発生溝72a・73aは、スラスト軸受部72・73のスラスト動圧発生面において全てつながっている。これにより、固定側のシャフト41と回転側のスリーブ42とが金属接触している状態から、スリーブ42がシャフト41に対して相対移動して浮上するまでの間に、潤滑油46が途切れたりすることがない。この結果、スピンドルモータ1において回転開始と停止とを繰り返し行った場合でも、効率よく必要な動圧を発生させることができるため、金属接触によるコンタミの発生を最小限に抑えることが可能となる。
また、スピンドルモータ1において回転開始時に金属同士が接触することによるすりこぎ運動により、スラスト動圧発生溝72a・73aを形成するヘリングボーン形状の凸部81が金属接触により磨耗した場合でも、上述のように、スラスト動圧発生溝72a・73aの溝深さが、内周側から外周部に向かって大きくなるように形成されているため、常に、潤滑油46の流れる方向を一定方向(ここでは、回転軸中心方向)にすることができる。このため、スラスト軸受部72・73における動圧バランスを長期間、一定方向に保つことが可能になる。
さらに、複数のヘリングボーン形状の凸部81と内外周側の円環状凸部82・83とは、少なくとも内周もしくは外周の少なくとも一方の側においてつながっておらず、隙間が空いている。これにより、スピンドルモータ1における回転開始時において、スラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている面が、これに対向する第1・第2スラストフランジ41b・41cの面に対して傾いた場合でも、潤滑油46が隙間の広い方から狭い方へとすぐに供給されるため、スピンドルモータ1における立ち上がり時間を短縮することができる。
また、スラスト動圧発生溝72a・73aを形成するヘリングボーン形状の凸部81は、複数のヘリングボーン形状のグルーブパターンによって構成されている。このヘリングボーン形状のグルーブパターンでは、グルーブ折り返し部分よりも内側のパターンは外周方向への圧力を発生させ、グルーブ折り返し部分よりも外側のパターンは内周側(シャフト41方向)への動圧を発生させる(図5参照)。
ここで発生される動圧は、グルーブの形状(パターン形状、溝深さ)や浮上量、直角度等によって決定されるが、それらの形状等が内外で同じになることはほとんどなく、外周側への圧力と内周側への圧力とにアンバランスが生じる。このため、例えば、外周側への圧力が内周側への圧力よりも大きい場合には、図6に示すように、その差に相当する大きさの圧力が外周側に向かって付与される。一方、例えば、内周側への圧力が外周側への圧力よりも大きい場合には、図7に示すように、その差に相当する大きさの圧力が内周側に向かって付与される。
通常、スラストパターン外側には、図示しないキャピラリーシール部等が配置されているものの、その圧力差が過大になると、内周側あるいは外周側からオイル漏れ等の不具合が生じるおそれがある。
本実施形態のスピンドルモータ1では、上述のように、スラスト軸受部72・73における内周側および外周側の端部に、それぞれ円環状凸部82・83を形成している。
これにより、ヘリングボーン形状の凸部81のようなパターンの内周側と外周側とで生じた圧力の差によって、内周側あるいは外周側へと付与される圧力を吸収して、オイル漏れ等の不具合の発生を防止することができる。
ここで、スラスト動圧発生溝72a・73aをエッチング工法によって形成する場合には、図8に示すように、エッチング工程においてヘリングボーン形状の凸部81のグルーブパターンを形成するためのエッチング液がグルーブパターンを形成するのと同時に、内周側あるいは外周側から外部へ流出してしまうおそれがある。
特に、内周側へのエッチング液の流出は、内周側がシャフトとの嵌合部であることからエッチング液の侵食によって嵌合部が寸法変化してしまうために問題となる。一方、外周側へのエッチング液の流出は、外周側がスラスト軸受部72・73のキャピラリーシール部分であってシール能力を発揮するためには表面粗さや寸法、形状等が重要な部分であることから、エッチング液によって侵食されるとその効果を発揮することができなくなり、オイル漏れ等の不具合を生じさせるおそれがある。このため、内外周側の円環状凸部82・83を設けていない構成では、図9に示すように、内周側および外周側のそれぞれをエッチング液によって侵されないように、内周側および外周側の面にもマスキング部85を形成する必要がある。
本実施形態のスピンドルモータ1では、上述したように、スラスト動圧発生溝72a・73aが形成された面における内周側および外周側に、それぞれスラスト動圧発生溝72a・73aを形成するヘリングボーン形状の凸部81よりも突出している円環状凸部82・83を設けている。
これにより、上記のような、エッチング工法による処理中に、エッチング液が内周側および外周側への流出を防ぐことができるため、図10に示すように、従来の構成では必要であった内周側および外周側へのマスキング部85の形成が不要となることから、マスキング処理工程を削減して生産コストを低減することができる。
[スピンドルモータ1の特徴]
(1)
本実施形態のスピンドルモータ1では、図2に示すように、シャフト41と、スリーブ42と、第1・第2スラストフランジ41b・41cと、第1・第2スラスト軸受部72・73と、スラスト動圧発生溝72a・73aとを備えた流体軸受装置4を搭載している。そして、スラスト動圧発生溝72a・73aは、図4に示すように、複数の溝部分が互いにつながっており、個々の溝部分が独立しないように形成されているとともに、内周側から外周側に向かって溝深さが大きくなるように形成されている。
これにより、スラスト軸受部72・73において、内周側へ向かう動圧を効率よく発生させることができるため、スラスト軸受部72・73の回転中心付近における負圧の発生を防止して、回転側のスリーブ42等を容易に浮上させることができる。この結果、固定側のシャフト41と回転側のスリーブ42とが金属接触している時間を従来よりも大幅に短縮することができるため、金属接触によって生じるコンタミの発生を抑えて信頼性の高い流体軸受装置を得ることが可能となる。
さらに、スラスト動圧発生溝の溝深さが外周側に向かって大きくなっているため、回転開始当初にはフランジの外径部近辺が接触してスラスト動圧発生溝の凸部が金属接触により磨耗していくが、常に、動圧が一定方向(ここでは、回転軸中心方向)に働き、スラスト軸受の動圧バランスを長時間、一定方向に保つことが可能となる。
(2)
本実施形態のスピンドルモータ1では、図2に示すように、シャフト41と、スリーブ42と、第1・第2スラストフランジ41b・41cと、第1・第2スラスト軸受部72・73と、スラスト動圧発生溝72a・73aと、円環状凸部82・83とを備えた流体軸受装置4を搭載している。そして、円環状凸部82・83は、図3に示すように、スラスト軸受部72・73における内周側の端部と外周側の端部とにそれぞれ設けられており、スラスト動圧発生溝72a・73aを形成するヘリングボーン形状の凸部81よりも高さが大きくなるように形成されている。
これにより、例えば、スラスト動圧発生溝72a・73a(ヘリングボーン形状の凸部81)をエッチング処理によって形成する場合でも、処理に使用されるエッチング液が内周側および外周側から漏れてしまうことを防止することができる。この結果、エッチング液の漏れを防止するためのマスキング処理等を外周面および内周面に施す必要がなくなるため、従来よりも生産コストを低減することができる。
(3)
本実施形態のスピンドルモータ1では、流体軸受装置4のスラスト軸受部72・73における第1・第2スラストフランジ41b・41c側の面に、内周側から外周側に向かって溝深さが大きくなるスラスト動圧発生溝72a・73aを形成している。さらに、このスラスト動圧発生溝72a・73aが形成された面の内周側および外周側の端部には、スラスト動圧発生溝72a・73aの溝深さよりも高さが大きい円環状凸部82・83が形成されている。
これにより、内外周側に形成された円環状凸部82・83によって、潤滑油46の外周側への流れを低減することができるため、スラスト軸受部72・73における動圧バランスを安定化させることができる。
(4)
本実施形態のスピンドルモータ1では、流体軸受装置4のスラスト軸受部72・73における第1・第2スラストフランジ41b・41cの面に、スラスト動圧発生溝72a・73aを形成する凸部81をヘリングボーン形状のグルーブパターンによって形成している。
通常、ヘリングボーン形状の凸部によってスラスト動圧発生溝を形成した場合には、グルーブパターンの内周側と外周側とで発生する動圧の大きさのアンバランスが生じ易い。
本実施形態の流体軸受装置4では、内周側から外周側に向かって溝深さが大きくなるようにスラスト動圧発生溝72a・73aが形成されているため、ヘリングボーン形状の凸部81の内外周側においてそれぞれ発生する動圧の大きさにアンバランスが生じた場合でも、内周側に向かってより大きな動圧を発生させることができる。この結果、ヘリングボーン形状の凸部81の近傍で生じた動圧のアンバランスを低減して、安定した動圧バランスを維持することが可能な流体軸受装置4を得ることができる。
[他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、シャフト41が固定側となる流体軸受装置4を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図11あるいは図12に示すように、シャフト141a・141bが回転側となるシャフト回転型の流体軸受装置104a・104bに対しても、本発明を適用することは可能である。
例えば、図11に示す流体軸受装置104aでは、スリーブ142aに形成されたスラスト動圧発生溝173aと、シャフト141aの下方に配置された下部プレート180aに形成されたスラスト動圧発生溝172aとにおいて動圧を発生させて動圧バランスをとることにより、上記と同様の効果を得ることができる。
一方、図12に示す流体軸受装置104bについても同様に、スリーブ142bに形成されたスラスト動圧発生溝173bと、シャフト141bの下方に配置された下部プレート180bに形成されたスラスト動圧発生溝172bとにおいて動圧を発生させて動圧バランスをとることにより、上記と同様の効果を得ることができる。
(B)
上記実施形態では、へリングボーン形状の凸部81の間にスラスト動圧発生溝72a・73aを形成した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、凸部の形状としては、へリングボーン形状に限らず、図13に示すような、スパイラル形状の凸部281によってスラスト動圧発生溝272a・273aが形成されたスラストフランジ241b・241cであってもよい。
(C)
上記実施形態では、第1・第2スラストフランジ41b・41cにおけるスラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている面に形成されている円環状凸部82・83が、スラスト動圧発生溝72a・73aを形成するヘリングボーン形状の凸部81よりも高さが大きい例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、円環状凸部82・83が、ヘリングボーン形状の凸部81と同等の高さであってもよい。この場合でも、第1・第2スラストフランジ41b・41cにおけるスラスト動圧発生溝72a・73aが形成されている面の内径側と外径側とにおいて、円環状凸部82・83がオイルやグリス等の潤滑剤の漏れを効果的に防止することができる。
(D)
上記実施形態では、スリーブ42の両端が開放している流体軸受装置4に対して本発明を適用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、スリーブの一方の端部のみが開放された流体軸受装置に対しても同様に本発明を適用することが可能である。
(E)
上記実施形態では、本発明の流体軸受装置を、スピンドルモータに対して搭載した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、スピンドルモータ以外にも、他のモータ等のような回転駆動装置に搭載される各種流体軸受装置に対して本発明を適用することが可能である。
本発明の流体軸受装置は、スラスト軸受部にて発生する動圧バランスを常に安定化させることで、動圧軸受の信頼性を向上させることができるとともに、軸受設計を行う際に設計の幅が広がってコストダウンを図ることが可能となるという効果を奏することから、スラスト動圧発生部を有する流体軸受装置に対して広く適用可能である。
本発明の一実施形態に係る流体軸受装置を搭載したスピンドルモータの構成を示す断面図。 図1のスピンドルモータに含まれる流体軸受装置の構成を示す拡大図。 図2の流体軸受装置に含まれるシャフトのフランジ部分の構成を示す斜視図。 図3のスラスト動圧発生溝の構成を示す拡大図。 図4のスラスト動圧発生溝において発生した動圧の方向を示す拡大図。 図4のスラスト動圧発生溝においてヘリングボーン形状の凸部の内外周側において発生する動圧のアンバランスな状態を示す拡大図。 図4のスラスト動圧発生溝においてヘリングボーン形状の凸部の内外周側において発生する動圧のアンバランスな状態を示す拡大図。 図4のスラスト動圧発生溝の形成時においてエッチング液がこぼれ易い方向を示す斜視図。 従来の流体軸受装置において、スラスト動圧発生溝を形成する際におけるエッチング液とマスキング部との関係を示す断面図。 図4のスラスト動圧発生溝を形成する際におけるエッチング液とマスキング部との関係を示す断面図。 本発明の他の実施形態に係る流体軸受装置の構成を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体軸受装置の構成を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る流体軸受装置のスラスト軸受部に形成されたスラスト動圧発生溝を形成する凸部の形状を示す斜視図。
符号の説明
1 スピンドルモータ
2 ベースプレート
3 ロータ
4 流体軸受装置
5 ステータ
21 筒状部
31 ロータハブ
33 バックヨーク
34 ロータマグネット
35 ロータハブ本体
36 ディスク載置部
39 クランパ
40 スペーサ
41 シャフト
41a シャフト本体
41b 第1スラストフランジ
41c 第2スラストフランジ
42 スリーブ
42a 凹部
42b 第1筒状突出部
42c 第2筒状突出部
42d 固定部
42e 連通孔
42f クランパ内接部
42g ロータハブ内接部
42h 環状凸部
43 インナースリーブ
44 アウタースリーブ
45 カバー
46 潤滑油(潤滑剤)
48a テーパシール部
48b テーパシール部
71 ラジアル軸受部
71a ラジアル動圧発生溝
71b ラジアル動圧発生溝
72 第1スラスト軸受部
72a スラスト動圧発生溝
73 第2スラスト軸受部
73a スラスト動圧発生溝
81 凸部
82 円環状凸部
83 円環状凸部
85 マスキング部
104a 流体軸受装置
104b 流体軸受装置
141a シャフト
141b シャフト
142a スリーブ
142b スリーブ
172a スラスト動圧発生溝
172b スラスト動圧発生溝
173a スラスト動圧発生溝
173b スラスト動圧発生溝
180a 下部プレート
180b 下部プレート
281 凸部
272a スラスト動圧発生溝
273a スラスト動圧発生溝

Claims (5)

  1. 回転軸となるシャフトと、
    前記シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されているスリ−ブと、
    前記シャフトの一方の端部付近に取り付けられているフランジと、
    前記フランジにおける前記回転軸方向に直交する面と、前記フランジ部における前記回転軸方向に直交する面に対向する面との間に形成されているスラスト軸受部と、
    前記スラスト軸受部を構成する前記フランジにおける前記回転軸方向に直交する面、もしくはその面に対向する面のうちのいずれか一方の面に複数形成され、かつその面の全体において互いにつながっており、前記回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて溝深さが大きくなるスラスト動圧発生溝と、
    を備えている流体軸受装置。
  2. 円環状のロ−タハブと、
    前記ロ−タハブに取り付けられており、回転軸となるシャフトと、
    前記シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されているスリ−ブと、
    前記ロ−タハブにおける前記回転軸方向に直交する面と、これに対向する前記スリ−ブにおける前記回転軸方向に直交する面との間に形成されるスラスト軸受部と、
    前記ロータハブおよび前記スリーブにおける前記回転軸方向に直交する面のいずれか一方に形成され、かつその面の全体において互いにつながっており、前記回転軸を中心とする内周側から外周側にかけて溝深さが大きくなるスラスト動圧発生溝と、
    を備えている流体軸受装置。
  3. 回転軸となるシャフトと、
    前記シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されているスリ−ブと、
    前記シャフトの一方の端部付近に取り付けられているフランジと、
    前記フランジにおける前記回転軸方向に直交する面と、前記フランジ部における前記回転軸方向に直交する面に対向する面との間に形成されているスラスト軸受部と、
    前記スラスト軸受部を構成する前記フランジにおける前記回転軸方向に直交する面およびこれに対向する面のいずれか一方の面に形成されているスラスト動圧発生溝と、
    前記スラスト動圧発生溝が形成されている面における最内周側と最外周側とにそれぞれ形成されており、その高さは前記スラスト動圧発生溝の深さ以上である円環状の凸部と、
    を備えている流体軸受装置
  4. 円環状のロ−タハブと、
    前記ロ−タハブに取り付けられており、回転軸となるシャフトと、
    前記シャフトの外周面に対向する内周面にラジアル軸受部が形成されているスリ−ブと、
    前記ロ−タハブにおける前記回転軸方向に直交する面と、これに対向する前記スリ−ブにおける前記回転軸方向に直交する面との間に形成されるスラスト軸受部と、
    前記ロータハブおよび前記スリーブにおける前記回転軸方向に直交する面のいずれか一方の面に形成されているスラスト動圧発生溝と、
    前記スラスト動圧発生溝が形成されている面における最内周側と最外周側とにそれぞれ形成されており、その高さは前記スラスト動圧発生溝の深さ以上である円環状の凸部と、
    を備えている流体軸受装置。
  5. 前記スラスト動圧発生溝が形成されている面における内周側および外周側には、その高さが前記スラスト動圧発生溝の深さ以上である円環状の凸部がそれぞれ形成されている、
    請求項1または2に記載の流体軸受装置。
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