JP2574666B2 - 動圧型流体軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はハードディスク装置、ポ
リゴンスキャナーユニット等の高速回転する主軸部に用
いられる潤滑剤を用いたラジアル方向の動圧型流体軸受
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＴＲ用回転ヘッドアッセンブリ
ー、ハードディスク装置、ポリゴンスキャンーユニット
等の回転主軸部には、玉軸受に代わって回転精度の高い
動圧型流体軸受を用いる動きがあり、その中でも流体と
してエアーを用いたエアー動圧軸受よりも焼け付き等、
故障の少なさと、低速から高速までの幅広い回転数での
軸受剛性の高さの点で優れるオイル等の潤滑流体を用い
た動圧型流体軸受が用いられている。

【０００３】以下、ポリゴンスキャナーに用いられた従
来のラジアル方向の動圧型流体軸受の一例について説明
する。

【０００４】図８〜図９は従来の動圧型流体軸受を搭載
したポリゴンスキャーナーの断面図である。この構成に
ついて説明する。１はベース部材、１Ａはベース部材１
と一体に設けられたスリーブであり、軸受穴１Ｄにはそ
の内周面に設けられた動圧発生用のヘリングボーン溝１
Ｂ，１Ｃが設けられている。１Ｅは軸受穴１Ｄの径大部
１Ｆに混入した空気をスリーブ１Ａの外へ開放させる通
気穴、１Ｇはレーザービームの透光窓であり、１Ｈ，１
Ｉは軸受穴１Ｄと径大部１Ｆを結ぶテーパ部である。２
は軸受穴１Ｄに回転自在に挿入された軸でスリーブ１Ａ
と共に軸受ユニットを構成しており、３は軸１に一体に
取り付けられたディスク、このディスク３にはレーザー
ビームを反射するためのポリゴンミラー６と、モータ・
ロータ７とが取り付けられている。４は軸２の下端面に
当接するよう設けられたスラスト部材であり、スパイラ
ル溝４Ａを有している。５は軸２の抜けを防止するリン
グ、８は上部カバー、９はモータ・ステータ、１０はヘ
リングボーン溝、１Ｂ，１Ｃとスパイラル溝４Ａに注油
された潤滑剤である。

【０００５】以上のように構成されたポリゴンスキャナ
ーに用いられた従来の動圧型流体軸受の動作について説
明する。まずモータ・ステータ９に通電されるとモータ
・ステータ９に回転磁界が生じ、これによりモータ・ロ
ータ７が軸２、ディスク３、リング５、ポリゴンミラー
６と共に回転する。これにより２個のヘリングボーン溝
１Ｂ，１Ｃはポンピング作用により潤滑剤１０に圧力を
発生し無接触で回転する。またスパイラル溝４Ａのポン
ピング作用により軸２は一定量（約１０ミクロンメー
タ）浮上して無接触で回転する。そして、図示しないレ
ーザー発生装置から発生したレーザービームが透光窓1
Ｇを通して回転中のポリゴンミラー６に入射するとこれ
を反射してレーザービームの走査を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では次のような問題点があった。図９は従来の
ラジアル動圧型流体軸受の拡大図であるが同図におい
て、軸２が高速で回転するとテーパ部１Ｈ，１Ｉに最初
に保持されていた潤滑剤１０は遠心力でヘリングボーン
溝１Ｂ，１Ｃの外側に流出し、このまま高速回転（例え
ば３０００ｒｐｍ以上）を続けると、同図Ａ，Ａ′に示
すようにやがて油切れが生じ軸受部の一部が潤滑剤で満
たされなくなり、とりわけ、スラスト部材４から遠いヘ
リングボーン溝１Ｃから流出した潤滑剤は遠心力でディ
スク３の下方まで流出し、潤滑剤が有する表面張力だけ
ではヘリングボーン溝１Ｃに戻ることができなくなるの
で上側軸受の軸受剛性の低下や、軸振れの増加を招いて
いた。この遠心力は回転数の２乗に比例して大きくなる
ので従来の動圧型流体軸受は、高速回転には不適格であ
った。本発明は上記問題点に鑑み、高速回転でも潤滑剤
の飛散や流出のない信頼性に優れた動圧型流体軸受を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の動圧型流体軸受は軸とスリーブと、前記ス
リーブ端面に取り付けられ、前記軸端面に当接するスラ
スト部材からなり、前記軸表面または、前記スリーブの
軸受穴内周面の軸方向に沿った複数箇所にヘリングボー
ン溝を有し、前記軸表面に周溝を有し前記周溝は前記ス
ラスト部材から軸方向に最も遠い位置に設けた前記ヘリ
ングボーン溝の前記スラスト部材から遠い側でかつ、ヘ
リングボーン溝に略隣接する位置に前記ヘリングボーン
溝から遠ざかるにつれて次第に軸径が細くなる方向の略
テーパ部を有し、前記略テーパ部は、前記軸受穴の内周
面に対向する位置に設けられ、前記略テーパ部と前記軸
受穴の内周面の隙間に潤滑剤を注油し、油溜めとしたも
のである。

【０００８】また本発明は、上記構成においてスラスト
部材から軸方向に最も遠い位置に設けたヘリングボーン
溝は軸方向長さが非対象の形状を有し、その非対象形状
の軸方向長さが短い側の溝をスラスト部材から遠い位置
に配置せしめたものである。

【０００９】さらに本発明は軸受穴内周面に隣接するス
リーブの径大部と前記軸受穴内周面との境界部に、前記
軸受穴内周面の内径より大きな内径を有する段部を軸表
面に設けた周溝の略テーパ部に対向して設け、前記略テ
ーパ部と前記段部の内周面との隙間に潤滑剤を注油し、
油溜めとしたものである。

【００１０】

【作用】本発明は上記した構成における周溝の略テーパ
部によってラジアル動圧型流体軸受のヘリングボーン溝
の端部に設けた油溜めに充満した潤滑剤が遠心力と表面
張力により軸受ユニットに向けて押し込まれ、決して流
出することがないようにするものである。また、軸受穴
内周面の内径より大きな内径を有する段部を設けて油溜
めとしているため潤滑油の保持量が増大する。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例の動圧型流体軸受につ
いて図面を参照しながら説明する。図１，図２はポリゴ
ンスキャナーに搭載した第一の実施例の動圧型流体軸受
である。図１において、１１はベース部材、１１Ａはベ
ース部材と一体に設けられたスリーブ、１１Ｂ，１１Ｃ
はスリーブ１１Ａの軸受穴１１Ｄの内周面に設けられた
動圧型流体軸受のヘリングボーン溝、１１Ｅは径大部１
１Ｆに混入した空気をスリーブ１１Ａの外へ開放させる
通気穴である。１１Ｇは図示しないレーザービームが入
射する透光窓。図２の１１Ｈ，１１Ｉはスリーブ１１Ａ
の軸受穴１１Ｄと、径大部１１Ｆを連続するテーパ部で
ある。図１において１２は軸でスリーブ１１Ａと共に軸
受ユニットを構成しており、１２Ａ，１２Ｂはこの軸の
外周面に設けられた周溝形油溜めであり、この周溝形油
溜め１２Ａ，１２Ｂは第１にヘリングボーン溝から遠ざ
かる方向に径が小さくなるテーパ形状を有すること（た
だしこのテーパは、必ずしも円すいの一部分でなく球の
一部分の形状でもよい）。第２に、この周溝形油溜め１
２Ａ，１２Ｂのテーパは図中Ｂ区間で示すように軸受穴
１１Ｄと対向する部分を有していることが必要条件であ
る。図１において１３はディスク、１４はスラスト部材
でスパイラル溝１４Ａを有している。１５は軸１２の抜
けを防止するリング、１６はポリゴンミラー、１７はモ
ータ・ロータ、１８は上部カバー、１９はモータ・ステ
ータ、２０はヘリングボーン溝１１Ｂ，１１Ｃとスパイ
ラル溝１４Ａに注油された潤滑剤である。

【００１２】尚本実施例における具体的寸法としては、
軸１２の軸径は５ミリメートル、軸受穴１１Ｄからなる
軸受長さはそれぞれ４ミリメートル、軸受半径隙間は７
ミクロンメータ、潤滑剤２０としては、オレフィンおよ
びエステル系合成潤滑剤を使用した。軸１２に設けた周
溝形油溜め１２Ａ，１２Ｂについては、長さ０．５ミリ
メートルであり、スリーブ１１Ａのテーパ部１１Ｈ，１
１Ｉは３０〜６０度の角度を有するテーパとした。軸の
回転数は約１万ｒｐｍである。

【００１３】以上のように構成された第１の実施例の動
圧型流体軸受について以下その動作を図１，図２を用い
て説明する。図１においてモータ・ステータ１９に通電
するとモータ・ロータ１７は、軸１２、ディスク１３、
リング１５、ポリゴンミラー１６と共に回転を始める。
これによりヘリングボーン溝１１Ｂ，１１Ｃとスラスト
部材１４のスパイラル溝１４Ａのポンピング作用により
潤滑剤２０の圧力が高められ、軸１２はスリーブ１１Ａ
とスラスト部材１４に対して非接触で回転する。この
時、透光窓１１Ｇを通して図示しないレーザービームが
入射すると回転するポリゴンミラー１６はこれを反射し
てビームの走査を行う。本実施例においては図２中、矢
印Ｃに示すように周溝形油溜め１２Ａ，１２Ｂと軸受穴
１１Ｄの端部により形成されたテーパ状の空間には表面
張力等により保持された潤滑剤２０が保持されている
が、この潤滑剤２０は軸が高速回転しても遠心力で流出
することがなく遠心力と潤滑剤２０自身の表面張力によ
りスリーブ１１Ａと軸１２からなる軸受ユニットにむ
け、周溝形油溜め１２Ｂのテーパ部に沿って押し戻され
る力が働くので流出が防止される。以上のようにヘリン
グボーン溝の両端に隣接する位置の軸外面に周溝を設け
ることにより高速回転においても油溜め部の潤滑剤の流
出が防止され軸受部分のオイル切れが生じなくなる。

【００１４】図３は本第１の実施例のヘリングボーン溝
１２Ｃを軸１２の表面にエッチング加工等により形成し
たものであり、この動作、作用は図２と同じである。

【００１５】図４は本発明の第２の実施例であるが、図
１〜図３の第１の実施例とおよその構成と動作は同じで
ある。ただ、図４の構成では図２〜図３に示す構成に比
べ軸受穴１１Ｄ内面に形成されたヘリングボーン溝１１
Ｍの両端に軸受穴１１Ｄ内面の内径より大きな内径を有
する段部１１Ｎ，１１０が設けられている。この段部は
ヘリングボーン溝１１Ｍと同程度に切削加工等により浅
く加工されている。これにより、保持される潤滑剤の量
が増大するとともに、図２，図３に示す第１の実施例と
同様に、テーパ状の空間に保持された潤滑剤２０は軸が
高速回転しても流出することがなく、遠心力と潤滑剤２
０自身の表面張力により、スリーブ１１Ａと軸１２から
なる軸受ユニットに向けて押し戻され、流出が防止され
る。周溝形油溜め１２Ａ，１２Ｂと軸１２の外周面と軸
受穴１１Ｄの内周面の３つの面が交わる部分に設けられ
たコーナー１２Ｅ，１２Ｆにはヘリングボーン溝１１Ｍ
が形成されていない。このことにより周溝形油溜め１２
Ａ，１２Ｂに溜められた潤滑剤の気液境界層が図中Ｆに
できるが、この液面がヘリングボーン溝１１Ｍによって
高速でかくはんされないため徐々にオイルミストを発生
し長時間の運転によっては潤滑剤が不足する心配がな
い。

【００１６】以下本発明の第３の実施例について図面を
参照しながら説明する。図５はハードディスクピンドル
モータに適用した動圧型流体軸受の断面図である。２１
はベース部材、２２はベース部材に焼ばめ等の方法によ
り固定された軸、２２Ａ，２２Ｂはヘリングボーン溝で
あり本実施例においては、これらヘリングボーン溝は軸
方向に非対象形状をしており、特にヘリングボーン溝２
２Ｂではその非対象形状の短い側がスラスト部材２４か
ら遠い位置に設けられ、かつ軸の外周にエッチング加工
等により形成されている。２２Ｃ，２２Ｄは周溝状油溜
めであるが本実施例においては図５に示すように非対象
なヘリングボーン溝の短い側にのみ、このヘリングボー
ン溝に隣接して設けられている。図５において２３はデ
ィスクで、回転するスリーブ２３Ａと一体に形成されて
いる。２３Ｂは通気穴、２３Ｃは径大部、２３Ｄは軸受
穴である。２４はスパイラル溝２４Ａを有するスラスト
部材、２５はディスク２３の抜けを防止するリング、２
６は磁気ディスク、２７はモータ・ロータ、２９はモー
タ・ステータ、３０は潤滑剤である。

【００１７】第３の実施例においては軸２２は直径が４
ミリメートル、ヘリングボーン溝２２Ａの長さＢはＢ＝
５ミリメートル、同２２ＢはＢ＝３ミリメートルであ
る。軸受半径隙間は５ミクロンで回転数は３６００ｒｐ
ｍである。

【００１８】上記に構成された第３の実施例の動圧型流
体軸受について以下動作を説明する。図５においてモー
タ・ステータ２９に通電するとモータ・ロータ２７はデ
ィスク２３、スラスト部材２４、磁気ディスク２６と共
に回転を始める。これによりヘリングボーン溝２２Ａ，
２２Ｂとスラスト部材２４のスパイラル溝２４Ａのポン
ピング作用により潤滑剤３０の圧力が高められ軸２２は
スリーブ２３Ａとスラスト部材２４に対して無接触で回
転する。磁気ディスク２６は回転が始まると図示しない
磁気ヘッドが当接し、信号の記録再生を行う。本実施例
においてはヘリングボーン溝２２Ａ，２２Ｂは非対象形
状をしているため回転中は図６のＥに示す気液境界層が
自動的に出来、軸受長さＢは同図に示すＢ／２の約２倍
となって油面は安定する。このとき周溝形油溜め２２Ｄ
に蓄えられた潤滑剤３０は回転中は遠心力と表面張力で
スリーブ２３Ａと軸２２からなる軸受ユニットに向けて
押し戻される方向に力が働くので油の流出がない。

【００１９】以上のようにスラスト部材２４が遠い位置
に設けられた非対象形ヘリングボーン溝のさらにスラス
ト部材２４から遠い位置に設けられた短いほうのヘリン
グボーン溝に隣接する位置の軸の外周に略テーパ状の周
溝形油溜めを設けることにより高速回転でも油の流出や
油切れを無くすことができる。

【００２０】尚、第３の実施例において非対象形状のヘ
リングボーン溝は、図７に示すスリーブ２３Ａの軸受穴
２３Ｄの内周面に加工されても同じである。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明は、スラスト部材か
ら最も遠い部分でヘリングボーン溝に略隣接する位置の
軸の外周に、略テーパ状の周溝形油溜めを設けることに
より高速回転時に油溜め部の潤滑剤の流出を防止し、油
切れのない信頼性の高い動圧型流体軸受の構成が得られ
る。また、軸受穴内面に段部を設けることにより潤滑剤
の保持量が増大するとともに、段部とこれに対向する軸
表面の略テーパ部とにより形成される空間に保持される
潤滑剤の気液境界層がヘリングボーン溝によりかくはん
されるため、オイルミスト発生によるオイル不足の問題
が起こらない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における動圧型流体軸受
の断面図

【図２】図１のラジアル軸受の詳細図

【図３】ラジアル軸受の変形例の詳細図

【図４】第２の実施例の動圧型流体軸受断面図

【図５】本発明の第３の実施例における動圧型流体軸受
の断面図

【図６】図５のラジアル軸受の詳細図

【図７】図５のラジアル軸受の変形例の詳細図

【図８】従来例の動圧型流体軸受の断面図

【図９】図８のラジアル軸受の詳細図

【符号の説明】

１１，２１ ベース部材 １１Ａ，２３Ａ スリーブ １１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｍ，２２Ａ，２２Ｂ ヘリングボ
ーン・グループ １１Ｄ，２３Ｄ 軸受穴 １１Ｎ，１１０ 段部 １２，２２ 軸 １２Ａ，１２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ 第１の周溝形油溜め １３，２３ ディスク １４，２４ スラスト部材 ２０，３０ 潤滑剤

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸とスリーブと、前記スリーブ端面に取
   り付けられ、前記軸端面に当接するスラスト部材からな
   り、前記軸表面または、前記スリーブの軸受穴内周面の
   軸方向に沿った複数箇所にヘリングボーン溝を有し、前
   記軸表面に周溝を有し前記周溝は前記スラスト部材から
   軸方向に最も遠い位置に設けた前記ヘリングボーン溝の
   前記スラスト部材から遠い側でかつ、ヘリングボーン溝
   に略隣接する位置に前記ヘリングボーン溝から遠ざかる
   につれて次第に軸径が細くなる方向の略テーパ部を有
   し、前記略テーパ部は、前記軸受穴の内周面に対向する
   位置に設けられ、前記略テーパ部と前記軸受穴の内周面
   の隙間に潤滑剤を注油し、油溜めとしたことを特徴とす
   る動圧型流体軸受。
2. 【請求項２】 スラスト部材から軸方向に最も遠い位置
   に設けたヘリングボーン溝は軸方向長さが非対象の形状
   を有し、その非対象形状の軸方向長さが短い側の溝とス
   ラスト部材から遠い位置に配置せしめたことを特徴とす
   る請求項１記載の動圧型流体軸受。
3. 【請求項３】 軸受穴内周面に隣接するスリーブの径大
   部と前記軸受穴内周面との境界部に、前記軸受穴内周面
   の内径より大きな内径を有する段部を軸表面に設けた周
   溝の略テーパ部に対向して設け、前記略テーパ部と前記
   段部の内周面との隙間に潤滑剤を注油し、油溜めとした
   請求項１記載の動圧型流体軸受。