JP4215291B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油に動圧を発生させ、その動圧により軸部材と軸受部材とを相対的に回転自在に支持するように構成した動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ等の各種装置において、特に高速回転に対応し得るようにオイル等の潤滑油の動圧を利用した動圧軸受装置が種々検討され提案されている。この動圧軸受装置においては、軸部材側の動圧面と、この軸部材の外周側又は軸端側に所定の隙間を介して装着された軸受部材側の動圧面とが対向配置されているとともに、これら対向動圧面のうちの少なくとも一方側に動圧発生用溝が形成されており、上記軸部材と軸受部材との両対向面間に介在されたオイル等の潤滑油が、回転時に動圧発生用溝のポンピング作用により昇圧され、当該潤滑油の動圧によって上記両部材が相対的に回転可能に支持されるようになっている。
【０００３】
このような動圧軸受装置において、例えば、特開昭５８−５０３１８号記載の装置では、２箇所の動圧軸受部が軸方向に離間して設けられているとともに、これら２箇所の動圧軸受部内に充填された潤滑油どうしが、空気層を介在して互いに分離した状態に配置されている。このような潤滑油を分離配置した動圧軸受装置では、各動圧軸受部内の潤滑油が表面張力によって保持されているとともに、両動圧軸受部どうしの間の空気層が、軸部材に貫通形成された連通孔によって大気側に開放されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の潤滑油分離配置型の動圧軸受構造では、２箇所の動圧軸受部どうしの間を潤滑油で連続的に満たした型式の装置に比して、保持される油量がかなり少なくなるため、軸受部の外端部分で潤滑油が枯渇し易いという問題があり、特に、起動・停止時等において軸部材と軸受部材とが傾いた状態で、いわゆる振れ回りを生じると、軸部材と軸受部材とが油膜を介在させないで直接金属接触を起こす危険がある。
【０００５】
そこで本発明は、簡易で低コストな構造で、軸部材と軸受部材とを安定的に保持させ、動圧軸受装置の信頼性を向上させることができるようにした動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１記載の発明では、軸部材と、この軸部材に対して所定の隙間を介在して装着された軸受部材とを有し、
上記軸部材と軸受部材との間の隙間に潤滑油が充填された動圧軸受部が、前記軸部材の軸方向に離間して２箇所設けられているとともに、
上記２箇所の動圧軸受部における潤滑油どうしが、空気層を介在して互いに分離した状態に配置され、
上記各動圧軸受部に設けられた動圧発生用溝により潤滑油が加圧されることによって、前記軸部材と軸受部材とが相対回転可能に支持される動圧軸受装置において、
上記２箇所の動圧軸受部にそれぞれ設けられた動圧発生用溝は、回転停止時における前記軸部材と軸受部材との傾きを補正するように潤滑油を所定の方向に移動させるアンバランス形状に形成されているとともに、
上記２箇所の各動圧軸受部における両端部にそれぞれ連続するようにして、毛細管力により潤滑油を保持する毛細管シール部が設けられ、
これらの各毛細管シール部のうち、潤滑油の移動方向下流側の毛細管シール部における潤滑油の許容量が、前記潤滑油の移動量より大きく設定され、
上記移動方向下流側の毛細管シールを構成する上記軸受部材の内周面には、隣接する動圧軸受部から軸方向に離れるに従って拡径する傾斜面が形成され、
上記移動方向下流側の毛細管シール部のさらに下流側には、前記毛細管シール部に連続し、且つ上記毛細管シール部の隙間をさらに拡大した隙間を有する保油部が設けられ、
上記保油部を構成する上記軸受部材の内周面には、上記傾斜面に連続し上記傾斜面より傾斜角が大きい第１傾斜面と、第１傾斜面に連続し上記第１傾斜面より傾斜角が小さい第２傾斜面と、が形成され、上記第２傾斜面は、上記軸受部材の内周面のうち最も半径方向外側に位置する。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の各動圧軸受部が、ラジアル動圧軸受部から構成され、かつ、軸部材と軸受部材との傾きを補正する潤滑油の移動方向が、装置の軸方向外側に設定されている。
【０００８】
さらに、請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の各動圧軸受部が、スラスト動圧軸受部から構成され、かつ、軸部材と軸受部材との傾きを補正する潤滑油の移動方向が、装置の半径方向外側に設定されている。
【０００９】
さらにまた、請求項４記載の発明では、上記請求項１記載の保油部は、動圧軸受部における潤滑油の容量の５倍以上の貯溜容量を有する。
【００１０】
請求項５記載の発明では、上記請求項４記載の保油部は、動圧発生用溝のアンバランス形状に基づく潤滑油に対する加圧力の不均衡を解消するまで移動した潤滑油を受け入れるように構成されている。
【００１１】
このような各請求項記載の手段によれば、軸部材と軸受部材とが傾いた状態で回転の起動及び停止が行われたとしても、アンバランス形状を有する動圧発生用溝の不均衡な加圧作用に基づいて、軸部材と軸受部材との傾きを補正するように潤滑油の移動が行われるため、軸部材と軸受部材との間に油膜が常時良好に形成され、いわゆる振れ回り状態が極力抑えられた状態で回転の起動及び停止が行われる。すなわち、軸部材と軸受部材とは安定的に支持され、両部材どうしの金属接触が極力防止されるようになっている。
【００１２】
この場合、特に請求項４又は請求項５のようにして、潤滑油の保持量を十分に確保しておけば、上述した油膜の形成作用が一層確実に行われるとともに、潤滑油内への摩耗粉の混入による悪影響や、潤滑油の熱劣化等が良好に防止されるようになっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、いわゆる両端軸固定型のＨＤＤスピンドルモータに適用した実施形態について図面により詳細に説明する。
まず、図１に示されたＨＤＤスピンドルモータの全体構造を説明すると、このＨＤＤスピンドルモータは、固定部材としてのステータ組１と、このステータ組１に対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロータ組２とから構成されている。このうちステータ組１は、図示省略した固定基台側にネジ止めされるフレーム１１を有しているとともに、このフレーム１１の略中央部分に立設された固定軸１２が、図示上方に向かって延びている。この固定軸１２の先端部（図示上端部）は、図示を省略した固定基台に対してネジ止めされる。
【００１４】
また、上記フレーム１１は、中空円筒状の支持ホルダー１３を有しており、この支持ホルダー１３の外周にステータコア１４が嵌着されている。上記ステータコア１４の突極部には巻線１５が巻回されている。
【００１５】
一方、前記ロータ組２は、図示を省略した所定の記録媒体を支持するためのハブ２１を有しており、このハブ２１は、当該ハブ２１の中心部分に固着された軸受部材２２を介して、上記固定軸１２の外周側に回転自在に支承されている。すなわち、上記ハブ２１は、磁気ディスク等の磁気記録媒体を外周部に装着する略円筒形状の胴部２１ａを有しているとともに、この胴部２１ａの内周側に、バックヨーク２１ｂを介して駆動マグネット２１ｃが環状に装着されている。この駆動マグネット２１ｃは、前述したステータコア１４の外周端面に対して環状に対向するように近接配置されている。
【００１６】
図２にも示されているように、上記軸受部材２２の内周側に嵌着された軸受スリーブ２２Ａの内周面と、前記固定軸１２の外周面との間には、一対のラジアル動圧軸受部２３，２４が、軸方向に所定間隔離して設けられている。これらの各ラジアル動圧軸受部２３，２４における軸受部材２２の軸受スリーブ２２Ａの内周面と固定軸１２の外周面とは、数μｍの隙間を介して対向配置されており、当該隙間内には、オイルや磁性流体等からなる所定の潤滑油Ｌが介在されている。
【００１７】
これら２箇所のラジアル動圧軸受部２３，２４における各潤滑油Ｌは、互いに分離した状態でそれぞれ別個に充填されており、各ラジアル動圧軸受部２３，２４の潤滑油Ｌ，Ｌどうしの間に、空気層２５が介在されている。この空気層２５は、前記固定軸１２内に貫通形成された空気穴通路１２ａにより装置外方の大気側に開放されている。
【００１８】
そして、上記軸受部材２２の軸受スリーブ２２Ａと固定軸１２との両対向面のうち、少なくとも一方側（本実施形態では軸受部材２２側）には、例えばヘリンボーン形状のラジアル動圧発生用溝２６，２７が環状に並列するように凹設されて、動圧軸受部Ｄが構成されており、前記ハブ２１の回転時に、当該動圧軸受部Ｄにおけるラジアル動圧発生用溝２６，２７のポンピング作用によって潤滑油Ｌが昇圧されて動圧が生じ、この潤滑油Ｌに生じさせられた動圧によって、ハブ２１がラジアル方向に軸支持されるように構成されている。
【００１９】
また、上記２箇所の各ラジアル動圧軸受部２３，２４の各動圧軸受部Ｄに設けられた動圧発生用溝２６，２７の各々は、ヘリンボーン形状の頂部を中心として軸方向にアンバランスな形状に形成されている。より具体的には、上記各ラジアル動圧軸受部２３，２４における動圧発生用溝２６，２７は、「く」の字状をなすヘリンボーン形状の頂部を中心として装置の軸方向内側部分に、より大きな加圧力を発生させる長い溝２６ａ，２７ａを有しているとともに、ヘリンボーン形状の頂部を中心として装置の軸方向外側部分に、より小さい加圧力を発生させる短い溝２６ｂ，２７ｂを有している。
【００２０】
すなわち、上記動圧発生用溝２６，２７の各々は、軸方向に加圧力の不均衡を生じさせ、その加圧力の不均衡を解消するまで潤滑油Ｌを軸方向外側に移動させるようにアンバランスな形状に構成されている。これは、以下述べるように固定軸１２と軸受部材２２との間の傾きを補正するためである。
【００２１】
例えば図２において、回転停止時に、固定軸１２と軸受部材２２との間に傾きが生じた場合には、固定軸１２の図示上下における端部分が、動圧発生用溝２６の図示上部側及び動圧発生用溝２７の図示下部側にそれぞれ接触することとなる。しかしながら、このような傾きがあったとしても、回転開始時に、上述した動圧発生用溝２６，２７のアンバランスな形状に基づいて潤滑油Ｌが軸方向外側に移動させられるから、上述した固定軸１２と軸受スリーブ２２Ａとの接触部分に潤滑油Ｌの油膜が形成されることとなり、その油膜の加圧力によって、両部材どうしの接触が防止されるとともに傾きが補正され、回転中は常に正常な対面状態が維持されるようになっている。
【００２２】
また、上述した動圧発生用溝２６，２７が設けられている動圧軸受部Ｄには、当該動圧軸受部Ｄの両端部（図示上下端部）に対して、それぞれ軸方向（図示上下方向）に連続するようにして、毛細管シール部Ｓ１，Ｓ２が設けられている。これらの各毛細管シール部Ｓ１，Ｓ２は、狭小隙間による毛細管力によって潤滑油Ｌを保持する機能を有するものであって、上記動圧軸受部Ｄにおける隙間を軸受スリーブ２２Ａ側に設けられた傾斜面によってテーパ状に徐々に拡大した構成からなっている。すなわち、軸方向外側の各毛細管シール部Ｓ１，Ｓ１においては、傾斜面Ｓ１ａにより隙間が外側に向って連続的に拡大されているとともに、軸方向内側の各毛細管シール部Ｓ２，Ｓ２においては、傾斜面Ｓ２ａにより隙間が内側に向って連続的に拡大されている。
【００２３】
さらに、上記外方側の各毛細管シール部Ｓ１，Ｓ１の軸方向外側には、当該毛細管シール部Ｓ１，Ｓ１の隙間をさらに拡大した保油部Ｈ，Ｈがそれぞれ繋げられている。これらの保油部Ｈ，Ｈは、上記外側の毛細管シール部Ｓ１，Ｓ１の軸方向外端における隙間を階段状に急拡大した急テーパ状の第１傾斜面Ｈａを備えているとともに、この第１傾斜面Ｈａの外側端から、さらに緩やかな傾斜で外側に延びる緩テーパ状の第２傾斜面Ｈｂを備えており、保油作用とともに他の補助的毛細管シール部を構成している。
【００２４】
このとき、上記保油部Ｈ，Ｈは、上述した動圧発生用溝２６，２７が設けられている動圧軸受部Ｄにおける潤滑油Ｌの容量の５倍以上の貯溜容量を有するように構成されており、前述した回転中における動圧発生用溝２６，２７のアンバランス形状に基づく潤滑油Ｌの移動分が、この保油部Ｈ，Ｈ内に受け入れられるようになっている。潤滑油Ｌが外側に移動したときの当該潤滑油Ｌの外側の液面位置、及び内側の液面位置のそれぞれが、図２中の２点鎖線Ｌ１，Ｌ１及びＬ２，Ｌ２で示されている。
【００２５】
一方、図１に示されているように、前記固定軸１２の先端側（図示上端側）の途中部分には、２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成するリング状のスラスト板１６が固着されている。このスラスト板１６により構成される２つのスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂは、図示上側に配置されたラジアル動圧軸受部２３の図示上側に隣接するように配置されている。
【００２６】
すなわち、上記スラスト板１６の図示下面側は、軸受部材２２の図示上側端面に対面するように配置されているとともに、スラスト板１６の図示上端面は、前記ハブ２１の中央部分にネジ止めされたスラスト押え板２８の図示下端面に対面するように配置されており、当該スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂを構成するスラスト板１６の軸方向両端面には、図示を省略したヘリンボーン形状のスラスト動圧発生用溝がそれぞれ環状に形成されている。
【００２７】
また、上記スラスト板１６と軸受部材２２との対向面どうしの間、及びスラスト板１６とスラスト押え板２８と対向面どうし間における各隙間部分、すなわち２箇所のスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂ内には、互いに分離した状態で潤滑油がそれぞれ充填されている。一方、上記２箇所のスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂにおける間部分には、空気層１６ｃが介在されており、当該空気層１６ｃが、前記スラスト板１６内に半径方向に貫通形成された空気穴通路１６ｄにより大気開放されている。
【００２８】
そして、上記ハブ２１の回転時に、上記スラスト動圧発生用溝（図示省略）のポンピング作用によって潤滑油が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑油に生じさせられた動圧によってハブ２１がスラスト方向に軸支持されるように構成されている。
【００２９】
また、上記２箇所の各スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂにそれぞれ設けられた動圧発生用溝の各々は、ヘリンボーン形状の頂部を中心として軸方向にアンバランスな形状にて形成されている。より具体的には、上記各スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂにおける動圧発生用溝は、ヘリンボーン形状の頂部を中心として装置の半径方向内側に、より大きな加圧力を発生させる長い溝を有しているとともに、ヘリンボーン形状の頂部を中心として装置の半径方向外側に、より小さい加圧力を発生させる短い溝を有している。
【００３０】
すなわち、上記動圧発生用溝の各々は、半径方向に加圧力の不均衡を生じさせ、その加圧力の不均衡を解消するまで潤滑油を半径方向外側に移動させるようにアンバランスな形状に構成されている。これは、以下述べるようにスラスト板１６と軸受部材２２側又はスラスト押え板２８側との間の傾きを補正するためである。
【００３１】
回転停止時に、スラスト板１６と軸受部材２２側又はスラスト押え板２８側との間に傾きが生じた場合には、スラスト板１６の外周側部分が、動圧発生用溝の外周側に接触することとなる。しかしながら、このような傾きがあったとしても、回転開始時に、上述した動圧発生用溝のアンバランスな形状に基づいて潤滑油が半径方向外側に移動させられるから、上述したスラスト板１６と軸受部材２２側又はスラスト押え板２８側との接触部分に潤滑油の油膜が形成されることとなり、その油膜の加圧力によって、両部材どうしの接触が防止されるとともに傾きが補正され、回転中は常に正常な対面状態が維持されるようになっている。
【００３２】
また、上述した動圧発生用溝が設けられているスラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂには、当該スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂの半径方向両端部に対して、それぞれ半径方向に連続するようにして、毛細管シール部Ｓ３，Ｓ４が設けられている。これらの各毛細管シール部Ｓ３，Ｓ４は、狭小隙間による毛細管力によって潤滑油を保持する機能を有するものであって、上記スラスト動圧軸受部１６ａ，１６ｂにおける隙間を、スラスト板１６側の傾斜面によって外周側及び内周側にそれぞれテーパ状に徐々に拡大した構成からなっている。
【００３３】
さらに、上記半径方向外方側の毛細管シール部Ｓ３の軸方向外側には、当該毛細管シール部Ｓ３の隙間をさらに拡大した保油部が繋げられている。この保油部は、上記外側の毛細管シール部Ｓ３の半径方向外端における隙間を階段状に急拡大した急テーパ状の第１傾斜面を備えているとともに、この第１傾斜面の外側端から、さらに緩やかな傾斜で外側に延びる緩テーパ状の第２傾斜面を備えており、保油作用とともに他の補助的毛細管シール部を構成している。
【００３４】
このとき、上記保油部は、上述した動圧発生用溝が設けられている動圧軸受部における潤滑油の容量の５倍以上の貯溜容量を有するように構成されており、前述した回転中における動圧発生用溝のアンバランス形状に基づく潤滑油の移動分が、この保油部内に受け入れられるようになっている。
【００３５】
また、上記スラスト押え板２８及び軸受部材２２には、装置外方側（図示上側及び下側）から吸収布を介して薄板状のストッパー板２９が設けられており、これら吸収布及びストッパー板２９によって、最悪の場合でも、潤滑油の外部飛散が防止されるようになっている。
【００３６】
このように本実施形態装置によれば、固定軸１２及びスラスト板１６に対して、軸受部材２２，２８が傾いた状態で回転の起動が行われたとしても、アンバランス形状を有するラジアル動圧発生用溝２６，２７及びスラスト動圧発生用溝の外側方向への加圧作用に基づいて、上記固定軸１２及びスラスト板１６と軸受部材２２，２８との傾きを補正するように潤滑油の移動が行われることから、固定軸１２と軸受部材２２との間、及びスラスト板１６と軸受部材２２，２８との間に油膜が常時良好に形成され、いわゆる振れ回りを生じていない状態で回転の起動及び停止が行われる。すなわち、軸部材１２及びスラスト板１６と軸受部材２２，２８とは安定的に支持され、両部材１２，２２どうしの金属接触が極力防止されるようになっている。
【００３７】
このとき、本実施形態のように、潤滑油Ｌの保持量を十分確保する構成にしておけば、上述した油膜の形成作用が一層確実に行われることに加えて、潤滑油Ｌ内への摩耗粉の混入による悪影響や、潤滑油の熱劣化等が良好に防止されることとなる。
【００３８】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態は、いわゆる軸固定型のモータに対して本発明を適用したものであるが、軸回転型のモータに対しても本発明は同様に適用することができる。
さらにまた本発明は、上述したＨＤＤモータ以外に用いられる動圧軸受装置に対しても同様に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、潤滑油の油量を十分に確保しながら、アンバランス形状を有する動圧発生用溝の不均衡な加圧作用に基づいて、軸部材側と軸受部材側との傾きを補正するように潤滑油の移動を行わせて、軸部材側と軸受部材側との間に油膜を常時良好に形成し、軸部材側と軸受部材側とが傾いた状態で回転の起動及び停止が行われたとしても、いわゆる振れ回りを生じていない状態で回転の起動及び停止を行わせることによって、軸部材側と軸受部材側との金属接触を極力防止するように構成したものであるから、簡易で低コストな構造で、軸部材側と軸受部材側とを極めて円滑に支承させることができ、動圧軸受装置の信頼性及び寿命の向上を図ることができる。
【００４０】
この場合、特に請求項４又は請求項５のように構成することによって、潤滑油の保持量を十分確保することとすれば、上述した油膜の形成作用を一層確実に行わせることができることに加えて、潤滑油内への摩耗粉の混入による悪影響や、潤滑油の熱劣化等を良好に防止することができ、動圧軸受装置の信頼性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる動圧軸受装置を備えたＨＤＤスピンドルモータの一例を表した横断面説明図である。
【図２】図１における動圧軸受装置を原理的に表した部分横断面説明図である。
【符号の説明】
１２ 固定軸
２２ 軸受部材
２１ ハブ
２３，２４ ラジアル動圧軸受部
２６，２７ ラジアル動圧発生用溝
Ｌ 潤滑油
Ｄ 動圧軸受部
Ｓ１，Ｓ２ 毛細管シール部
Ｈ 保油部
１６ａ，１６ｂ スラスト動圧軸受部
１６ スラスト板

Claims (5)

1. 軸部材と、この軸部材に対して所定の隙間を介在して装着された軸受部材とを有し、
   上記軸部材と軸受部材との間の隙間に潤滑油が充填された動圧軸受部が、前記軸部材の軸方向に離間して２箇所設けられているとともに、
   上記２箇所の動圧軸受部における潤滑油どうしが、空気層を介在して互いに分離した状態に配置され、
   上記各動圧軸受部に設けられた動圧発生用溝により潤滑油が加圧されることによって、前記軸部材と軸受部材とが相対回転可能に支持される動圧軸受装置において、
   上記２箇所の動圧軸受部にそれぞれ設けられた動圧発生用溝は、回転停止時における前記軸部材と軸受部材との傾きを補正するように潤滑油を所定の方向に移動させるアンバランス形状に形成されているとともに、
   上記２箇所の各動圧軸受部における両端部にそれぞれ連続するようにして、毛細管力により潤滑油を保持する毛細管シール部が設けられ、
   これらの各毛細管シール部のうち、潤滑油の移動方向下流側の毛細管シール部における潤滑油の許容量が、前記潤滑油の移動量より大きく設定され、
   上記移動方向下流側の毛細管シールを構成する上記軸受部材の内周面には、隣接する動圧軸受部から軸方向に離れるに従って拡径する傾斜面が形成され、
   上記移動方向下流側の毛細管シール部のさらに下流側には、前記毛細管シール部に連続し、且つ上記毛細管シール部の隙間をさらに拡大した隙間を有する保油部が設けられ、
   上記保油部を構成する上記軸受部材の内周面には、上記傾斜面に連続し上記傾斜面より傾斜角が大きい第１傾斜面と、第１傾斜面に連続し上記第１傾斜面より傾斜角が小さい第２傾斜面と、が形成され、上記第２傾斜面は、上記軸受部材の内周面のうち最も半径方向外側に位置することを特徴とする動圧軸受装置。
2. 請求項１記載の各動圧軸受部が、ラジアル動圧軸受部から構成され、かつ、
   軸部材と軸受部材との傾きを補正する潤滑油の移動方向が、装置の軸方向外側に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
3. 請求項１記載の各動圧軸受部が、スラスト動圧軸受部から構成され、かつ、
   軸部材と軸受部材との傾きを補正する潤滑油の移動方向が、装置の半径方向外側に設定されていることを特徴とする動圧軸受装置。
4. 請求項１記載の保油部は、動圧軸受部における潤滑油の容量の５倍以上の貯溜容量を有することを特徴とする動圧軸受装置。
5. 請求項４記載の保油部は、動圧発生用溝のアンバランス形状に基づく潤滑油に対する加圧力の不均衡を解消するまで移動した潤滑油を受け入れるように構成されていることを特徴とする動圧軸受装置。

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