JP3959818B2 - 流体軸受装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、ディスク等を用いた記録装置はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の記録装置にもちいられるディスク回転装置は高速、高精度回転が必要となり、その回転主軸部には、米国特許第５５０４６３７号の明細書及び図面に開示されるような中心軸の両端を支持した構造の流体軸受装置が用いられている。本発明は、磁気ディスクを回転させながら信号の記録再生を行なうディスク記録装置や、高速回転するビデオテープレコーダ用回転ヘッド装置等に用いられる動圧型流体軸受を用いた流体軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の流体軸受装置について図７〜図８を参照しながら説明する。図７において、下ケース２１には固定軸２２がその一端を固定されて構成され、スリーブ３０が回転自在に填め合わされている。スリーブ３０にはディスク３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄと、スペーサ３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが固定され、また、固定軸２２の上部側の端面にはフランジ部材２４が雄ねじを有する上部軸２８に押しつけられて固定され、フランジ部材２４はスリーブ３０の段部３０Ａに収納されている。またフランジ部材２４の上面と上部軸２８の外周面に対向するスラスト板２７がハブ２９の凹部２９Ａに固定されている。固定軸２２の外周面またはスリーブ３０の内周面のいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の、魚骨溝２３Ａ，２３Ｂが設けられ、スリーブ３０の段部３０Ａの端面とフランジ部材２４の対向面のいずれか一方には螺旋状の内側螺旋溝２６が設けられ、またフランジ部材２４と、スラスト板２７の当接面のいずれか一方には外側螺旋溝２５が設けられ、魚骨溝２３Ａ，２３Ｂ、外側螺旋溝２５，内側螺旋溝２６および油溜まり３０Ｂには潤滑剤３１が注油されて充満している。ハブ２９にはモータロータ３３が、また下ケース２１にはモータステータ３２が固定され、また上ケース３４が上部軸２８に取り付けられている。
【０００３】
以上のように構成された従来の流体軸受装置について、図７〜図８を用いてその動作を説明する。図７において、モータステータ３２に通電がされ、回転磁界が発生すると、モータステータ３２は、ハブ２９，スリーブ３０，スラスト板２７，ディスク３５、スペーサ３６と共に回転を始める。この時魚骨溝２３Ａ，２３Ｂは潤滑剤３１をかき集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また外側螺旋溝２５と内側螺旋溝２６もそれぞれ潤滑剤３１をかき集めこれらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となり回転する。
【０００４】
【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、次の様な問題点がある。図８に示すように、まず、スリーブ３０の軸受部の内径（図中Ｄ１）よりもスラスト板２７の内径（図中Ｄ２）がやや大きいため、高速回転では魚骨溝２３Ａ，２３Ｂに充満している潤滑剤３１に遠心力が働き、潤滑剤３１は段部３０Ａを通過し、スラスト板２７の上方に潤滑剤３１Ａとして示す様に飛散し、流出する事があった。さらに、回転中に大気中から気液境界面３８Ａ，３８Ｂを通してとけ込んだ気泡が、油溜まり３０Ｂ等に凝集して気泡３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄに成長すると、気液境界面３８Ａ，３８Ｂは、図８のように膨らみ、潤滑剤３１は、図中上方から３１Ａ，３１Ｂのように流出し、下方からも、図中３１Ｃのように流出してしまい、魚骨溝２３Ａ，２３Ｂ，外側螺旋溝２５，及び内側螺旋溝２６ではやがて潤滑剤３１が不足するという問題があった。
【０００５】
【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流体軸受装置は、一端を下ケースに固定され、他端側近傍に第１のフランジ部材と前記第１のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に第２のフランジ部材と、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側の面に上軸部を有する固定軸を有し、この固定軸の略中央部に回転自在に設けられ軸受穴を有するスリーブと、前記第１と第２のフランジ部材を前記スリーブの軸受穴に連設される段部に収納し、前記第１および第２のフランジ部材の中間位置において略環状のスラスト板を前記段部に固定し、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に、前記第２のフランジ部材と対向する略環状のカバー部材を有し、このカバー部材を前記段部に固定し、前記固定軸と前記スリーブ相互の対向面の少なくともいずれか一方にはラジアル動圧溝と、前記第２のフランジ部材と前記スラスト板相互の対向面の少なくともいずれか一方には外側スラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝が潤滑剤で満たされるとともに、前記外側スラスト動圧溝が、前記第２のフランジ部材とこの前記第２のフランジ部材と対向する前記カバー部材との隙間、及び前記第１フランジ部材と、前記第１フランジ部材と対向する前記段部との隙間にそれぞれ気液境界面が位置した状態で潤滑剤で満たされた構成を有するものである。
【０００６】
本発明は、上記した構成によって、軸受部からの潤滑剤の流出が無く、信頼性が高い、流体軸受装置の構成を得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態における流体軸受装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態における流体軸受装置の断面図を示している。図１において、固定軸２は、その一端が下ケース１に固定され、この固定軸２は他端側近傍に第１のフランジ部材４Ａと、その第１のフランジ部材４Ａに隣接する位置で下ケース１とは反対側には第２のフランジ部材４Ｂと、第２のフランジ部材４Ｂに延長して上軸部２Ａを有し、この固定軸２の外周には軸受穴１０Ｆを有するスリーブ１０が回転自在に填め合わされ、第２のフランジ部材４Ｂには略環状のカバー部材８が対向し、カバー部材８はスリーブ１０の軸受穴１０Ｆに連設された第２の段部１０Ｂに固定されている。また、第１のフランジ部材４Ａはスリーブ１０の第２の段部１０Ｂに連設される第１の段部１０Ａに収納されている。また第１のフランジ部材４Ａと第２のフランジ部材４Ｂの間には、略環状のスラスト板７が対向して設けられ、第２の段部１０Ｂに固定されている。スラスト板７には必要に応じて連通穴７Ａを設けている。固定軸２の外周面またはスリーブ１０の内周面のいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の、例えば魚骨状のラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂが設けられ、第２フランジ部材４Ａとスラスト板７の対向面のいずれか一方には螺旋状の内側スラスト動圧溝６が設けられ、また必要に応じて第２フランジ部材４Ｂと、スラスト板７の対向面のいずれか一方には外側スラスト動圧溝５が設けられ、ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂ、外側及び内側スラスト動圧溝５，６には潤滑剤１１が注油されている。スリーブ１０に固定されたハブ９にはモータロータ１３が、また下ケース１にはモータステータ１２が固定されている。固定軸２の外周面上で、かつ、フランジ部材４とラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの間において、固定軸２からの外周面に開口し、固定軸２の内部を通って外気に連通する通気穴２Ｅ，２Ｆ，を有し、スラスト板７には連通穴７Ａを有し、また固定軸２の外周面上において、ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの外側にあって第１と第２のフランジ部材４Ａ，４Ｂから遠ざかるに従い径が細くなるテーパ部２Ｂを有する。尚、１４Ａはスリーブ１０の外周部に設けられたテーパ部１０Ｄの外周に設けられた撥油剤皮膜であり、１４Ｂはカバー部材の内周面または、上側の平面部分に設けられた撥油剤皮膜であり、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄはディスク、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃはスペーサである。２Ｄは通気穴２Ｅの開口部を含む領域において、必要に応じて設けられた凹部、上軸部２Ａには、必要に応じて，ネジ部２Ｇが設けられている。固定軸２には必要に応じて凹部２Ｃと、スリーブ１０には径大部１０Ｃが設けられ、このスペースは空気と潤滑剤１１の溜まりとなっている。
【０００８】
以上のように構成された流体軸受装置について、図１〜図６を用いてその動作を説明する。図１において、モータステータ１２に通電がされ、回転磁界が発生すると、モータロータ１３は、ハブ９，スリーブ１０，スラスト板７，カバー部材８，ディスク１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ、スペーサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂは潤滑剤１１をかき集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また外側スラスト動圧溝５と内側スラスト動圧溝６もそれぞれ潤滑剤１１をかき集めこれらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となる。図２〜図６に従い、本実施形態における流体軸受装置のさらに詳細な動作について説明する。図２において高速回転中に潤滑剤１１は、遠心力により径の大きい部分に移動しようとするが、気液境界面は、図中１８Ａ，１８Ｂに示す位置で安定する。また、必要に応じてスラスト板７に連通穴７Ａを設ける事により、外側スラスト動圧溝５と、内側スラスト動圧溝６の間で、潤滑剤１１を掻き集めるポンピング力にアンバランスが生じた時も、潤滑剤１１は、連通穴７Ａを通って移動するが、気液境界面１８Ａ，１８Ｂは、移動せず、潤滑剤１１が、スラスト板７の上方へ飛散したり流出したりしない。即ち、内側スラスト動圧溝６が内周側へポンピングする力が外側スラスト動圧溝５のそれより大きい場合は潤滑剤１１は、図中矢印Ａの方向に循環し、その逆の場合は矢印Ｂ方向に循環するが、気液境界面１８Ａ，１８Ｂが移動したり、潤滑剤１１が外部へ流出したりしない。スラスト板７の上面と下面は第１と第２のフランジ部材４Ａ，４Ｂにより囲まれているのでこの部分に密封された潤滑剤１１は流出しない。もし、潤滑剤１１が上方から流出しようとした時は、潤滑剤１１は、カバー部材８と第２のフランジ部材４Ｂの間の隙間において遠心力により押し戻される、潤滑剤１１が下方から流出しようとした時は、第１のフランジ部材４Ａと、スリーブ１０の第１段部１０Ａとの間の隙間において、潤滑剤１１は遠心力により、押し戻されるので流出しない。次に固定軸２には必要に応じ凹部２Ｄが設けられるが、この部分、即ち第１のフランジ部材４Ａとラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの間に存在する空気が膨張した場合は、膨張した空気は通気穴２Ｅ，２Ｆを経由して、外部に排出されるので、潤滑剤１１が押し出される事が無い。尚、必要に応じてカバー部材８にはテーパ部８Ｂが、またスリーブ１０にもテーパ部１０Ｇが設けられ、潤滑剤１１が表面張力により第１および第２のフランジ部材４Ａ，４Ｂの方に戻りやすくなっている。図３において、気泡が１７Ｃ，１７Ｄに示す様に凝集し、モータの回転等により温度が上昇して気泡の体積が増えると気液境界面１８Ａ，１８Ｂは一旦、若干の移動はするが、やがて気泡は図中１７Ｄに示す様に第１段部１０Ａと第２フランジ部材４Ａの間の隙間を通って通気穴２Ｅ，２Ｆを経由して外部に排出され、気液境界面１８Ａ，１８Ｂはやがて図２の様な、安定状態に戻る。また図４において下方から流出しようとした潤滑剤１１Ａは固定軸２に設けられたテーパ部２Ｂに沿って回転させられる時、図中Ｆ１に示す遠心力の接線方向分力Ｆ２の力を受け、下方への流出が、防止される。次に図５〜図６について詳細な動作を説明する。図５は、本発明の流体軸受装置が充分な時間安定回転後の状態を示している。ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂはそれぞれ図中Ｌ１よりＬ２を長く、またＬ３よりＬ４を長く設けているが、安定回転時には、気液境界面１８Ｃは、Ｌ１とＬ５がほぼ等しくなる位置に、また、気液境界面１８Ｄは、Ｌ３とＬ６がほぼ等しくなる位置に存在する。この時はスリーブ１０の径大部１０Ｃに閉じ込められた凝集した気泡１７Ｅの圧力は大気圧とほぼ同じになっている。次にこの気泡１７Ｅが温度変化や、圧力の変化により膨張した場合は、気液境界面１８Ｃ，１８Ｄは上下に移動し、凝集した気泡１７Ｅは少々圧縮された状態になるが、さらに高い圧力になった場合は、凝集した気泡１７Ｅは、回転中、または停止中にラジアル動圧溝３Ａまたは３Ｂに移動し、図中１７Ｇ，１７Ｈに示すように、上方または下方へ排出されて安定状態に戻る。尚、２個のラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの間には通気穴を設けていないため、径大部１０Ｃに蓄えられた潤滑剤は絶対に流出しない。１０Ｄ外周には撥油剤被膜１４Ａが設けられ流出しようとする潤滑剤１１Ｂをはじいて滲みだしを防止する。
【０００９】
以上のように本実施例によれば潤滑剤は、高速回転中、停止中、また、圧力や温度に変化があった場合も潤滑剤１１が外部に流出しないため、高い信頼性を有する流体軸受装置の構成が得られる。
【００１０】
尚、図２においてカバー部材８の上面部には、撥油剤皮膜１４Ｂが設けられ、潤滑剤１１が滲み出す事を防止する。
【００１１】
また図４においてスリーブ１０にはテーパ部１０Ｄが設けられ、万が一流出した潤滑剤１１Ｂがあったとしても遠心力で下方へ引き戻される。また、テーパ部１０Ｄ外周には撥油剤被膜１４Ａが設けられ流出しようとする潤滑剤１１Ｂをはじいて滲みだしを防止する。
【００１２】
また図２〜図３に示す本実施形態では、スラスト方向に２個の外側及び内側スラスト動圧溝５，６が設けられているので、固定軸に対して上下方向に衝撃荷重が加えられても軸受は非接触回転を維持することができる。
【００１３】
尚、図５において２組の魚骨形状のラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂは、フランジ部材４側のラジアル動圧溝３Ａの方が、他方のラジアル動圧溝３Ｂよりその軸方向の長さが長く構成されている。即ち（Ｌ1＋Ｌ2）＞（Ｌ3＋Ｌ4）の関係により構成されている。これは、ディスク１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの回転により発生するアンバランス荷重はフランジ部材４側のラジアル動圧溝３Ａに多くかかり、他方のラジアル軸受溝部３Ｂにはあまりかからないため、２個のラジアル軸受溝部３Ａ，３Ｂが充分に荷重を受けつつ、かつ摩擦損失トルクを最少限にとどめるものである。
【００１４】
尚、潤滑剤１１は、その成分の９０パーセント以上がエステル油を用い、残りの５パーセント以下は、鉱油、オレフィン、炭化水素等である。これは、ディスク回転装置の流体軸受は、軸受部から、決して油分が、ミスト状になって飛散流出してはならないが、エステル系潤滑油は、同等粘度の潤滑油と比べた時に、ミストの発生が極小であるからである。オイルミストの発生は、実験によれば、エステル油＜オレフィン油＜フッソ油＜シリコーン油の順に少なく、エステル油を成分の９０パーセント以上用いることにより、オイルミストが発生しないディスク回転装置が得られる。
【００１５】
このように上記構成により、潤滑剤１１の流出を防止し、信頼性が高い流体軸受装置が得られる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、一端を下ケースに固定され、他端側近傍に第１のフランジ部材と前記第１のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に第２のフランジ部材と、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側の面に上軸部を有する固定軸を有し、この固定軸の略中央部に回転自在に設けられ軸受穴を有するスリーブと、前記第１と第２のフランジ部材を前記スリーブの軸受穴に連設される段部に収納し、前記第１および第２のフランジ部材の中間位置において略環状のスラスト板を前記段部に固定し、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に、前記第２のフランジ部材と対向する略環状のカバー部材を有し、このカバー部材を前記段部に固定し、前記固定軸と前記スリーブ相互の対向面の少なくともいずれか一方にはラジアル動圧溝と、前記第２のフランジ部材と前記スラスト板相互の対向面の少なくともいずれか一方には外側スラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝が潤滑剤で満たされるとともに、前記外側スラスト動圧溝が、前記第２のフランジ部材とこの前記第２のフランジ部材と対向する前記カバー部材との隙間、及び前記第１フランジ部材と、前記第１フランジ部材と対向する前記段部との隙間にそれぞれ気液境界面が位置した状態で潤滑剤で満たされた構成を有することにより潤滑剤の流出を完全に防止し、信頼性が高い流体軸受装置の構成を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における流体軸受装置の断面図
【図２】図１におけるスラスト板部分の詳細図
【図３】図１におけるスラスト板部分の詳細図
【図４】図１における固定軸のテーパ部の詳細図
【図５】図１におけるラジアル動圧溝部の詳細図
【図６】図１におけるラジアル動圧溝部の詳細図
【図７】従来の流体軸受装置の断面図
【図８】図７の部分詳細図
【符号の説明】
１ 下ケース
２ 固定軸
２Ａ 上軸部
２Ｂ テーパ部
２Ｃ，２Ｄ 凹部
２Ｅ，２Ｆ 通気穴
２ｉ テーパ部
３Ａ，３Ｂ ラジアル動圧溝
４Ａ 第１フランジ部材
４Ｂ 第２フランジ部材
５ 外側スラスト動圧溝
６ 内側スラスト動圧溝
７ スラスト板
７Ａ 連通穴
８ カバー部材
８Ａ 径小部
８Ｂ テーパ部
１０ スリーブ
１０Ａ 第１段部
１０Ｂ 第２段部
１０Ｃ 径大部
１０Ｄ テーパ部
１０Ｅ 径小部
１０Ｆ 軸受穴
１０Ｇ テーパ部
１１，１１Ａ，１１Ｂ 潤滑剤
１４Ａ，１４Ｂ 撥油剤被膜
【発明の属する技術分野】
近年、ディスク等を用いた記録装置はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の記録装置にもちいられるディスク回転装置は高速、高精度回転が必要となり、その回転主軸部には、米国特許第５５０４６３７号の明細書及び図面に開示されるような中心軸の両端を支持した構造の流体軸受装置が用いられている。本発明は、磁気ディスクを回転させながら信号の記録再生を行なうディスク記録装置や、高速回転するビデオテープレコーダ用回転ヘッド装置等に用いられる動圧型流体軸受を用いた流体軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の流体軸受装置について図７〜図８を参照しながら説明する。図７において、下ケース２１には固定軸２２がその一端を固定されて構成され、スリーブ３０が回転自在に填め合わされている。スリーブ３０にはディスク３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄと、スペーサ３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが固定され、また、固定軸２２の上部側の端面にはフランジ部材２４が雄ねじを有する上部軸２８に押しつけられて固定され、フランジ部材２４はスリーブ３０の段部３０Ａに収納されている。またフランジ部材２４の上面と上部軸２８の外周面に対向するスラスト板２７がハブ２９の凹部２９Ａに固定されている。固定軸２２の外周面またはスリーブ３０の内周面のいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の、魚骨溝２３Ａ，２３Ｂが設けられ、スリーブ３０の段部３０Ａの端面とフランジ部材２４の対向面のいずれか一方には螺旋状の内側螺旋溝２６が設けられ、またフランジ部材２４と、スラスト板２７の当接面のいずれか一方には外側螺旋溝２５が設けられ、魚骨溝２３Ａ，２３Ｂ、外側螺旋溝２５，内側螺旋溝２６および油溜まり３０Ｂには潤滑剤３１が注油されて充満している。ハブ２９にはモータロータ３３が、また下ケース２１にはモータステータ３２が固定され、また上ケース３４が上部軸２８に取り付けられている。
【０００３】
以上のように構成された従来の流体軸受装置について、図７〜図８を用いてその動作を説明する。図７において、モータステータ３２に通電がされ、回転磁界が発生すると、モータステータ３２は、ハブ２９，スリーブ３０，スラスト板２７，ディスク３５、スペーサ３６と共に回転を始める。この時魚骨溝２３Ａ，２３Ｂは潤滑剤３１をかき集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また外側螺旋溝２５と内側螺旋溝２６もそれぞれ潤滑剤３１をかき集めこれらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となり回転する。
【０００４】
【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、次の様な問題点がある。図８に示すように、まず、スリーブ３０の軸受部の内径（図中Ｄ１）よりもスラスト板２７の内径（図中Ｄ２）がやや大きいため、高速回転では魚骨溝２３Ａ，２３Ｂに充満している潤滑剤３１に遠心力が働き、潤滑剤３１は段部３０Ａを通過し、スラスト板２７の上方に潤滑剤３１Ａとして示す様に飛散し、流出する事があった。さらに、回転中に大気中から気液境界面３８Ａ，３８Ｂを通してとけ込んだ気泡が、油溜まり３０Ｂ等に凝集して気泡３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄに成長すると、気液境界面３８Ａ，３８Ｂは、図８のように膨らみ、潤滑剤３１は、図中上方から３１Ａ，３１Ｂのように流出し、下方からも、図中３１Ｃのように流出してしまい、魚骨溝２３Ａ，２３Ｂ，外側螺旋溝２５，及び内側螺旋溝２６ではやがて潤滑剤３１が不足するという問題があった。
【０００５】
【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流体軸受装置は、一端を下ケースに固定され、他端側近傍に第１のフランジ部材と前記第１のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に第２のフランジ部材と、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側の面に上軸部を有する固定軸を有し、この固定軸の略中央部に回転自在に設けられ軸受穴を有するスリーブと、前記第１と第２のフランジ部材を前記スリーブの軸受穴に連設される段部に収納し、前記第１および第２のフランジ部材の中間位置において略環状のスラスト板を前記段部に固定し、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に、前記第２のフランジ部材と対向する略環状のカバー部材を有し、このカバー部材を前記段部に固定し、前記固定軸と前記スリーブ相互の対向面の少なくともいずれか一方にはラジアル動圧溝と、前記第２のフランジ部材と前記スラスト板相互の対向面の少なくともいずれか一方には外側スラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝が潤滑剤で満たされるとともに、前記外側スラスト動圧溝が、前記第２のフランジ部材とこの前記第２のフランジ部材と対向する前記カバー部材との隙間、及び前記第１フランジ部材と、前記第１フランジ部材と対向する前記段部との隙間にそれぞれ気液境界面が位置した状態で潤滑剤で満たされた構成を有するものである。
【０００６】
本発明は、上記した構成によって、軸受部からの潤滑剤の流出が無く、信頼性が高い、流体軸受装置の構成を得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態における流体軸受装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態における流体軸受装置の断面図を示している。図１において、固定軸２は、その一端が下ケース１に固定され、この固定軸２は他端側近傍に第１のフランジ部材４Ａと、その第１のフランジ部材４Ａに隣接する位置で下ケース１とは反対側には第２のフランジ部材４Ｂと、第２のフランジ部材４Ｂに延長して上軸部２Ａを有し、この固定軸２の外周には軸受穴１０Ｆを有するスリーブ１０が回転自在に填め合わされ、第２のフランジ部材４Ｂには略環状のカバー部材８が対向し、カバー部材８はスリーブ１０の軸受穴１０Ｆに連設された第２の段部１０Ｂに固定されている。また、第１のフランジ部材４Ａはスリーブ１０の第２の段部１０Ｂに連設される第１の段部１０Ａに収納されている。また第１のフランジ部材４Ａと第２のフランジ部材４Ｂの間には、略環状のスラスト板７が対向して設けられ、第２の段部１０Ｂに固定されている。スラスト板７には必要に応じて連通穴７Ａを設けている。固定軸２の外周面またはスリーブ１０の内周面のいずれか一方には少なくとも１組の、通常は２組の、例えば魚骨状のラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂが設けられ、第２フランジ部材４Ａとスラスト板７の対向面のいずれか一方には螺旋状の内側スラスト動圧溝６が設けられ、また必要に応じて第２フランジ部材４Ｂと、スラスト板７の対向面のいずれか一方には外側スラスト動圧溝５が設けられ、ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂ、外側及び内側スラスト動圧溝５，６には潤滑剤１１が注油されている。スリーブ１０に固定されたハブ９にはモータロータ１３が、また下ケース１にはモータステータ１２が固定されている。固定軸２の外周面上で、かつ、フランジ部材４とラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの間において、固定軸２からの外周面に開口し、固定軸２の内部を通って外気に連通する通気穴２Ｅ，２Ｆ，を有し、スラスト板７には連通穴７Ａを有し、また固定軸２の外周面上において、ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの外側にあって第１と第２のフランジ部材４Ａ，４Ｂから遠ざかるに従い径が細くなるテーパ部２Ｂを有する。尚、１４Ａはスリーブ１０の外周部に設けられたテーパ部１０Ｄの外周に設けられた撥油剤皮膜であり、１４Ｂはカバー部材の内周面または、上側の平面部分に設けられた撥油剤皮膜であり、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄはディスク、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃはスペーサである。２Ｄは通気穴２Ｅの開口部を含む領域において、必要に応じて設けられた凹部、上軸部２Ａには、必要に応じて，ネジ部２Ｇが設けられている。固定軸２には必要に応じて凹部２Ｃと、スリーブ１０には径大部１０Ｃが設けられ、このスペースは空気と潤滑剤１１の溜まりとなっている。
【０００８】
以上のように構成された流体軸受装置について、図１〜図６を用いてその動作を説明する。図１において、モータステータ１２に通電がされ、回転磁界が発生すると、モータロータ１３は、ハブ９，スリーブ１０，スラスト板７，カバー部材８，ディスク１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ、スペーサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃと共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂは潤滑剤１１をかき集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また外側スラスト動圧溝５と内側スラスト動圧溝６もそれぞれ潤滑剤１１をかき集めこれらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となる。図２〜図６に従い、本実施形態における流体軸受装置のさらに詳細な動作について説明する。図２において高速回転中に潤滑剤１１は、遠心力により径の大きい部分に移動しようとするが、気液境界面は、図中１８Ａ，１８Ｂに示す位置で安定する。また、必要に応じてスラスト板７に連通穴７Ａを設ける事により、外側スラスト動圧溝５と、内側スラスト動圧溝６の間で、潤滑剤１１を掻き集めるポンピング力にアンバランスが生じた時も、潤滑剤１１は、連通穴７Ａを通って移動するが、気液境界面１８Ａ，１８Ｂは、移動せず、潤滑剤１１が、スラスト板７の上方へ飛散したり流出したりしない。即ち、内側スラスト動圧溝６が内周側へポンピングする力が外側スラスト動圧溝５のそれより大きい場合は潤滑剤１１は、図中矢印Ａの方向に循環し、その逆の場合は矢印Ｂ方向に循環するが、気液境界面１８Ａ，１８Ｂが移動したり、潤滑剤１１が外部へ流出したりしない。スラスト板７の上面と下面は第１と第２のフランジ部材４Ａ，４Ｂにより囲まれているのでこの部分に密封された潤滑剤１１は流出しない。もし、潤滑剤１１が上方から流出しようとした時は、潤滑剤１１は、カバー部材８と第２のフランジ部材４Ｂの間の隙間において遠心力により押し戻される、潤滑剤１１が下方から流出しようとした時は、第１のフランジ部材４Ａと、スリーブ１０の第１段部１０Ａとの間の隙間において、潤滑剤１１は遠心力により、押し戻されるので流出しない。次に固定軸２には必要に応じ凹部２Ｄが設けられるが、この部分、即ち第１のフランジ部材４Ａとラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの間に存在する空気が膨張した場合は、膨張した空気は通気穴２Ｅ，２Ｆを経由して、外部に排出されるので、潤滑剤１１が押し出される事が無い。尚、必要に応じてカバー部材８にはテーパ部８Ｂが、またスリーブ１０にもテーパ部１０Ｇが設けられ、潤滑剤１１が表面張力により第１および第２のフランジ部材４Ａ，４Ｂの方に戻りやすくなっている。図３において、気泡が１７Ｃ，１７Ｄに示す様に凝集し、モータの回転等により温度が上昇して気泡の体積が増えると気液境界面１８Ａ，１８Ｂは一旦、若干の移動はするが、やがて気泡は図中１７Ｄに示す様に第１段部１０Ａと第２フランジ部材４Ａの間の隙間を通って通気穴２Ｅ，２Ｆを経由して外部に排出され、気液境界面１８Ａ，１８Ｂはやがて図２の様な、安定状態に戻る。また図４において下方から流出しようとした潤滑剤１１Ａは固定軸２に設けられたテーパ部２Ｂに沿って回転させられる時、図中Ｆ１に示す遠心力の接線方向分力Ｆ２の力を受け、下方への流出が、防止される。次に図５〜図６について詳細な動作を説明する。図５は、本発明の流体軸受装置が充分な時間安定回転後の状態を示している。ラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂはそれぞれ図中Ｌ１よりＬ２を長く、またＬ３よりＬ４を長く設けているが、安定回転時には、気液境界面１８Ｃは、Ｌ１とＬ５がほぼ等しくなる位置に、また、気液境界面１８Ｄは、Ｌ３とＬ６がほぼ等しくなる位置に存在する。この時はスリーブ１０の径大部１０Ｃに閉じ込められた凝集した気泡１７Ｅの圧力は大気圧とほぼ同じになっている。次にこの気泡１７Ｅが温度変化や、圧力の変化により膨張した場合は、気液境界面１８Ｃ，１８Ｄは上下に移動し、凝集した気泡１７Ｅは少々圧縮された状態になるが、さらに高い圧力になった場合は、凝集した気泡１７Ｅは、回転中、または停止中にラジアル動圧溝３Ａまたは３Ｂに移動し、図中１７Ｇ，１７Ｈに示すように、上方または下方へ排出されて安定状態に戻る。尚、２個のラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂの間には通気穴を設けていないため、径大部１０Ｃに蓄えられた潤滑剤は絶対に流出しない。１０Ｄ外周には撥油剤被膜１４Ａが設けられ流出しようとする潤滑剤１１Ｂをはじいて滲みだしを防止する。
【０００９】
以上のように本実施例によれば潤滑剤は、高速回転中、停止中、また、圧力や温度に変化があった場合も潤滑剤１１が外部に流出しないため、高い信頼性を有する流体軸受装置の構成が得られる。
【００１０】
尚、図２においてカバー部材８の上面部には、撥油剤皮膜１４Ｂが設けられ、潤滑剤１１が滲み出す事を防止する。
【００１１】
また図４においてスリーブ１０にはテーパ部１０Ｄが設けられ、万が一流出した潤滑剤１１Ｂがあったとしても遠心力で下方へ引き戻される。また、テーパ部１０Ｄ外周には撥油剤被膜１４Ａが設けられ流出しようとする潤滑剤１１Ｂをはじいて滲みだしを防止する。
【００１２】
また図２〜図３に示す本実施形態では、スラスト方向に２個の外側及び内側スラスト動圧溝５，６が設けられているので、固定軸に対して上下方向に衝撃荷重が加えられても軸受は非接触回転を維持することができる。
【００１３】
尚、図５において２組の魚骨形状のラジアル動圧溝３Ａ，３Ｂは、フランジ部材４側のラジアル動圧溝３Ａの方が、他方のラジアル動圧溝３Ｂよりその軸方向の長さが長く構成されている。即ち（Ｌ1＋Ｌ2）＞（Ｌ3＋Ｌ4）の関係により構成されている。これは、ディスク１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの回転により発生するアンバランス荷重はフランジ部材４側のラジアル動圧溝３Ａに多くかかり、他方のラジアル軸受溝部３Ｂにはあまりかからないため、２個のラジアル軸受溝部３Ａ，３Ｂが充分に荷重を受けつつ、かつ摩擦損失トルクを最少限にとどめるものである。
【００１４】
尚、潤滑剤１１は、その成分の９０パーセント以上がエステル油を用い、残りの５パーセント以下は、鉱油、オレフィン、炭化水素等である。これは、ディスク回転装置の流体軸受は、軸受部から、決して油分が、ミスト状になって飛散流出してはならないが、エステル系潤滑油は、同等粘度の潤滑油と比べた時に、ミストの発生が極小であるからである。オイルミストの発生は、実験によれば、エステル油＜オレフィン油＜フッソ油＜シリコーン油の順に少なく、エステル油を成分の９０パーセント以上用いることにより、オイルミストが発生しないディスク回転装置が得られる。
【００１５】
このように上記構成により、潤滑剤１１の流出を防止し、信頼性が高い流体軸受装置が得られる。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように本発明は、一端を下ケースに固定され、他端側近傍に第１のフランジ部材と前記第１のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に第２のフランジ部材と、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側の面に上軸部を有する固定軸を有し、この固定軸の略中央部に回転自在に設けられ軸受穴を有するスリーブと、前記第１と第２のフランジ部材を前記スリーブの軸受穴に連設される段部に収納し、前記第１および第２のフランジ部材の中間位置において略環状のスラスト板を前記段部に固定し、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に、前記第２のフランジ部材と対向する略環状のカバー部材を有し、このカバー部材を前記段部に固定し、前記固定軸と前記スリーブ相互の対向面の少なくともいずれか一方にはラジアル動圧溝と、前記第２のフランジ部材と前記スラスト板相互の対向面の少なくともいずれか一方には外側スラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝が潤滑剤で満たされるとともに、前記外側スラスト動圧溝が、前記第２のフランジ部材とこの前記第２のフランジ部材と対向する前記カバー部材との隙間、及び前記第１フランジ部材と、前記第１フランジ部材と対向する前記段部との隙間にそれぞれ気液境界面が位置した状態で潤滑剤で満たされた構成を有することにより潤滑剤の流出を完全に防止し、信頼性が高い流体軸受装置の構成を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における流体軸受装置の断面図
【図２】図１におけるスラスト板部分の詳細図
【図３】図１におけるスラスト板部分の詳細図
【図４】図１における固定軸のテーパ部の詳細図
【図５】図１におけるラジアル動圧溝部の詳細図
【図６】図１におけるラジアル動圧溝部の詳細図
【図７】従来の流体軸受装置の断面図
【図８】図７の部分詳細図
【符号の説明】
１ 下ケース
２ 固定軸
２Ａ 上軸部
２Ｂ テーパ部
２Ｃ，２Ｄ 凹部
２Ｅ，２Ｆ 通気穴
２ｉ テーパ部
３Ａ，３Ｂ ラジアル動圧溝
４Ａ 第１フランジ部材
４Ｂ 第２フランジ部材
５ 外側スラスト動圧溝
６ 内側スラスト動圧溝
７ スラスト板
７Ａ 連通穴
８ カバー部材
８Ａ 径小部
８Ｂ テーパ部
１０ スリーブ
１０Ａ 第１段部
１０Ｂ 第２段部
１０Ｃ 径大部
１０Ｄ テーパ部
１０Ｅ 径小部
１０Ｆ 軸受穴
１０Ｇ テーパ部
１１，１１Ａ，１１Ｂ 潤滑剤
１４Ａ，１４Ｂ 撥油剤被膜
Claims (10)
- 一端を下ケースに固定され、他端側近傍に第１のフランジ部材と前記第１のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に第２のフランジ部材と、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側の面に上軸部を有する固定軸を有し、この固定軸の略中央部に回転自在に設けられ軸受穴を有するスリーブと、前記第１と第２のフランジ部材を前記スリーブの軸受穴に連設される段部に収納し、前記第１および第２のフランジ部材の中間位置において略環状のスラスト板を前記段部に固定し、前記第２のフランジ部材の前記下ケースとは反対側に、前記第２のフランジ部材と対向する略環状のカバー部材を有し、このカバー部材を前記段部に固定し、前記固定軸と前記スリーブ相互の対向面の少なくともいずれか一方にはラジアル動圧溝と、前記第２のフランジ部材と前記スラスト板相互の対向面の少なくともいずれか一方には外側スラスト動圧溝を有し、前記ラジアル動圧溝が潤滑剤で満たされるとともに、前記外側スラスト動圧溝が、前記第２のフランジ部材とこの前記第２のフランジ部材と対向する前記カバー部材との隙間、及び前記第１フランジ部材と、前記第１フランジ部材と対向する前記段部との隙間にそれぞれ気液境界面が位置した状態で潤滑剤で満たされた流体軸受装置。
- 第１と第２のフランジ部材とラジアル動圧溝の略中間部で、かつ固定軸外周面に開口し、前記固定軸の内部を通って外気に連通する通気穴を有する請求項１記載の流体軸受装置。
- ラジアル動圧溝を２組設けるとともに、前記２組のラジアル動圧溝の間は固定軸とスリーブの軸受穴で密封され、前記固定軸には周溝状の空気溜まりを有する請求項１記載の流体軸受装置。
- スリーブの下ケース側の端面近傍には軸受穴に連なる径小部を有する請求項１記載の流体軸受装置。
- スリーブの外周面には下ケースに向かって径が太くなるテーパを有する請求項１記載の流体軸受装置。
- スリーブの外周面に設けたテーパ部外周に撥油剤被膜を有する請求項１記載の流体軸受装置。
- カバー部材の内周部または、上端面近傍に撥油剤被膜を有する請求項１記載の流体軸受装置。
- 第１フランジ部材の上面とスラスト板の対向面のいずれか一方には内側スラスト動圧溝を有する請求項１記載の流体軸受装置。
- スラスト板において第１のフランジ部材側と第２のフランジ部材側を連通する連通穴を有する請求項１記載の流体軸受装置。
- 固定軸上で、前記ラジアル動圧溝の前記２枚のフランジ部材の反対側部分に略隣接し、前記フランジ部材から遠ざかるに従い径が細くなるテーパ部を有する請求項１記載の流体軸受装置。
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