JP4241892B2 - 流体軸受装置及びディスク回転装置 - Google Patents

Description

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用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流体軸受装置が用いられている。本発明は、回転部に流体軸受を有する流体軸受装置及びディスク回転装置に関するものである。

以下、図６から図７を参照しながら、従来の流体軸受装置の一例について説明する。図６において、３１は軸であり軸受穴３２Ａを有するスリーブ３２に回転自在にはめ合わされ、軸３１はフランジ３３を一体的に有し、フランジ３３はベース３５またはスリーブ３２の凹所に収納され、スラスト板３４に当接して回転可能に設けられている。軸３１にはハブロータ３６、ロータ磁石３８、ディスク３９、スペーサ４０、クランパー４１が固定され、ロータ磁石３８に対向するモータステータ３７がベース３５に取り付けられ、スリーブ３２の軸受穴３２Ａの内周面には動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃが設けられ、フランジ３３のスリーブ３２との対向面及び、フランジ３３と、スラスト板３４との対向面には動圧発生溝３３Ａ、３３Ｂを有し、動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃ、３３Ａ、３３Ｂの近傍にはオイル４２が注入されている。

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６〜図７を用いてその動作について説明する。図６において、まず、ステータ３７に通電されると回転磁界が発生し、軸３１、フランジ３３、ロータ磁石３８がハブロータ３６、ディスク３９と共に回転をはじめる。この時動圧発生溝３２Ｂ、３２Ｃ、３３Ａ、３３Ｂは浮上し非接触で回転し、ディスク３９には図示しない磁気ヘッドが当接し電気信号の記録再生を行う。
特公平７−６５６１１号公報

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った。図７においてラジアル軸受の動圧発生溝３２Ａと３２Ｂの間の隙間が広すぎて、オイルが溜まり難く、空気４３が混入したり、湯中のマイクロバブルが凝集してこの部分に空気になって溜まったりする。また、フランジの外周面の隙間においても同様に隙間が広すぎて、オイルが溜まり難く、空気４３が混入したり、湯中のマイクロバブルが凝集してこの部分に空気になって溜まったりする。そのためオイル４３は軸受隙間から押し出され、空気の混入量が多い場合は、油膜切れを起こして軸受が擦れるという危険性があった。

上記問題点を解決するために本発明の流体軸受装置は、略中央に軸受穴を有するスリーブと、スリーブの軸受穴に回転自在に挿入されたシャフトと、シャフトの一端側に固定され、片面はスリーブの端面部に当接する、略円盤状のフランジと、フランジの他面に当接し、フランジを軸受内部に閉じ込めるように固定して密封するスラスト板と、スリーブ内周又はシャフト外周の少なくともいずれか一方に設けられ、オイルまたはグリスの潤滑剤で充満された、少なくとも２組のラジアル動圧発生溝と、フランジとスラスト板の当接面の少なくともいずれか一方に設けられ、オイルまたはグリスの潤滑剤で充満された、スラスト動圧発生溝とを有し、スラスト動圧発生溝面の隙間をＡ、フランジ外周面のオイル溜まり部の隙間をＢ、フランジのスリーブ側の面とスリーブとの隙間をＣ、フランジ側のラジアル動圧発生溝部の隙間をＥ、フランジ側とは逆の軸開放端側のラジアル動圧発生溝部の隙間をＧ、隙間Ｅ部と隙間Ｃ部の間のオイル溜まり部の隙間をＤ、隙間Ｇ部と隙間Ｅ部の間のオイル溜まり部の隙間をＦ、隙間Ｇ部に隣接する軸受開放側のオイル溜まり部の隙間をＨ、フランジのスラスト板との対向面に凹部を形成することによってフランジとスラスト板との間に設けたオイル溜まり部の隙間をＪとしたとき、Ｇ＜Ｈ、Ｅ＜Ｈ、Ａ＜Ｈ、Ｃ＜Ｈ、Ｄ＜Ｈ、Ｆ＜Ｈ、Ｂ＜Ｈ、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂ、Ｃ＜Ｄ、Ｅ＜Ｄ、Ｅ＜Ｆ、Ｇ＜Ｆ、Ｇ＜Ｄ、Ａ＜Ｄ、およびＪ＜Ｈの全てを満たし、少なくともラジアル動圧発生溝からスラスト動圧発生溝までがオイルまたはグリスの潤滑剤で連続して充満され、オイルまたはグリスの基油は４０℃の粘度が４センチストークス以上であり、スリーブの外周及び軸の外周の内、いずれか一方がベースに固定され他方は回転自在なハブロータに固定されたものである。

本発明は上記した構成によって、スラスト軸受部とラジアル軸受部に隣接するオイル溜まりの隙間を適切に設定することで、軸受内部で気泡の凝集と空気が溜まることを防止しすることでオイルの油膜切れを防止し、軸受の信頼性が高いディスク回転装置の構成を得る。

以上のように本発明のディスク回転装置は、軸受内の各所の隙間の寸法を最適に設定しまたオイル粘度の選定条件の組合せ効果により、軸受隙間に空気が溜まらず、油膜切れが生じない高精度かつ長寿命なディスク回転装置の構成が得られる。

以下本発明の一実施の形態における流体軸受装置及びディスク回転装置について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態におけるディスク回転装置の断面図を示している。図１において、スリーブ１は略中央に軸受穴を有しその内周面には略ヘリングボーン状の動圧発生溝１Ａ，１Ｂと、凹部１Ｃを有している。この軸受穴には軸２が相対的に回転自在に挿入され、軸２の一端には凹部１Ｃに収納されたフランジ３が一体的に固定され、スラスト板４がスリーブ１にレーザ溶接、精密カシメ、接着等の締結方法により、固定され、フランジ３は凹部１Ｃ内に閉じ込められ密封される。スリーブ１と軸２といずれか一方はベースに固定され、他方はハブロータ７に固定される。図１においてはスリーブ１がベース６に固定され、軸２にハブロータ７が固定されている。フランジ３のスラスト板との間の対応面のいずれか一方には動圧発生溝が加工され、図１においては、フランジ３側に動圧発生溝３Ａが加工されている。フランジ３とスリーブ１の間の対応面にも動圧発生溝が加工される場合があり、図１においてはフランジ３の上面に動圧発生溝３Ｂが加工される。動圧発生溝１Ａ，２Ａ，３Ａ，３Ｂはオイルまたはグリス５で充満される。８はステータ、９はロータ磁石、１０はディスク、１１はクランパー、１２はスペーサ、１３は軸２にクランパー１１を取り付けるネジである。

以下に図２と図３を用いて各部の隙間について詳しく説明する。図２においてスラスト動圧発生溝面の隙間をＡ，フランジ外周面のオイル溜まり部の隙間をＢ、フランジのスリーブ側の面とスリーブとの隙間をＣ，フランジ側のラジアル動圧発生溝部の隙間をＥ，軸開放端側の動圧発生溝部の隙間をＧ、Ｅ部とＣ部の間のオイル溜まり部の隙間をＤ、Ｇ部とＥ部の間のオイル溜まり部の隙間をＦ、Ｇ部に隣接する軸受開放側のオイル溜まり部の隙間をＨ、フランジのスラスト板との対向面に凹部を形成することによってフランジとスラスト板との間に設けたオイル溜まり部の隙間をＪとしたとき、Ｇ＜Ｈ、Ｅ＜Ｈ、Ａ＜Ｈ、Ｃ＜Ｈ、Ｄ＜Ｈ、Ｆ＜Ｈ、Ｂ＜Ｈ、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂ、Ｃ＜Ｄ、Ｅ＜Ｄ、Ｅ＜Ｆ、Ｇ＜Ｆ、Ｇ＜Ｄ、Ａ＜Ｄ、およびＪ＜Ｈの全てを満たし、少なくともラジアル動圧発生溝からスラスト動圧発生溝までがオイルまたはグリスの潤滑剤で連続して充満されている。

これにより図４に示すようにＡ，Ｃ、Ｅ，Ｇの各軸受隙間部の隙間におけるシール力を大きく設計できる。オイルは隙間が小さいＡ，Ｃ、Ｅ，Ｇの部分に移動しようとするので、オイルは動圧発生溝部または軸受隙間部に蓄えられ、外部に漏れることが防止できる。図４は記号ＡからＨまでの隙間と各隙間におけるオイルシール力を示している。隙間Ｅ，Ｇ，Ａ，Ｃ部ではシール力が大きいため、オイルはこの部分に集まるのでオイル漏れが防止されるのである。

また、図２において、隙間Ｂ，Ｄ，Ｆよりも隙間Ｈを大きく設定している。隙間Ｂ，Ｄ，Ｆの３ケ所はいずれもオイル溜まり部であるが、これらの３ケ所の隙間よりも軸受開放端部のオイル溜まりの隙間Ｈを大きくしているため、オイルは隙間が小さい３ケ所の溜まりに侵入するため結果としてこれら３ケ所には空気が溜まり難く、空気は広い隙間Ｈに溜まりやすく、このＨの隙間に溜まった空気は速やかに大気に開放される。図４には隙間Ｈのシール力が最も低いことを示している。

図３においては、フランジ３のスラスト板との対向面の少なくともいずれか一方には凹部がありオイル又は空気の溜まり部になっている。この部分は空気が溜まっても軸受への影響は比較的少ない部分ではあるが、この場合もＪ＜Ｈとすることで、隙間Ｊ部に空気がたまりにくくすることが可能である。また、隙間Ｈに隣接しその開放側には軸受部へゴミの侵入を防止するための径小部１Ｅが設けられている。

図４において、隙間Ｅ，Ｇは半径隙間が１〜１０ミクロンメータ、隙間Ａ，Ｃは１０〜６０ミクロンメータ、隙間Ｄ，Ｆは２０〜１００ミクロンメータ、隙間Ｂ，Ｊは５０〜３００ミクロンメータ、隙間Ｈは５０〜８００ミクロンメータにおいて所定のシール力を得ている。

このように軸受隙間部の寸法に大小関係を設定することでオイルは外部には漏れずに、内部に蓄えられる。

また、オイル粘度または、グリス基油の粘度と軸受隙間へのバブルの混入率の関係を図示しないが、透明な軸受の観察結果から求めた観察結果によれば４０℃での粘度が４センチストークス以上であれば気泡の混入と軸受内の空気の溜まりが非常に少なくなることが明らかになった。本発明ではオイル粘度を４センチストークス以上のエステルオイルまたは、ネオペンチルグリコールオイルを用いることで空気の混入を防止している。

以上の構成を有する本発明のディスク回転装置について、図５を用いてその動作を説明する。まず、モータステータ８に通電されると回転磁界が発生し、ロータ磁石９がハブロータ７、軸２、ディスク１０と共に回転を始める。図１に示す動圧発生溝１Ａ、１Ｂ、３Ａ、３Ｂはオイル５をポンピング力によりかき集め圧力を発生し軸受部は浮上し非接触で高精度に回転する。図５において回転するディスク１０に対して、ヘッド１５は当接し、電気信号の記録再生を行う。ヘッド１５はヘッド支軸１６に支えられて回動する、１４は上蓋でありディスク回転装置内部にゴミが侵入しないよう密封している。

尚、図１において、スラスト板はスリーブに固定されているが、ベースに固定されて密封されても良い。

尚、図１において軸２にハブロータ７が固定され、スリーブ１はベース６に固定されているが、これとは逆にスリーブ１がハブロータに固定され、軸２がベース６に固定され、所謂軸固定構造の軸受であっても良い。

以上のように本実施の形態によれば、流体軸受部に空気が混入することが防止され、軸受に生じがちであった油膜切れが防止され、ディスクを高精度かつ長寿命に回転させるディスク回転装置の構成が得られる。

本発明一実施の流体軸受装置の断面図 本発明一実施例の詳細図 本発明一実施例の詳細図 本発明の隙間とシール力説明図 本発明のディスク回転装置の断面図 従来の流体軸受装置の断面図 従来の流体軸受装置の詳細図

符号の説明

１ スリーブ
２ 軸
２Ａ、２Ｂ 動圧発生溝
３ フランジ
３Ａ、３Ｂ 動圧発生溝
４ スラスト板
５ オイル
６ ベース
７ ハブロータ
８ ステータ
９ ロータ磁石
１０ ディスク
１１ クランパー
１２ スペーサ

Claims (3)

1. 略中央に軸受穴を有するスリーブと、前記スリーブの軸受穴に回転自在に挿入されたシャフトと、前記シャフトの一端側に固定され、片面は前記スリーブの端面部に当接する、略円盤状のフランジと、前記フランジの他面に当接し、前記フランジを軸受内部に閉じ込めるように固定して密封するスラスト板と、前記スリーブ内周又は前記シャフト外周の少なくともいずれか一方に設けられ、オイルまたはグリスの潤滑剤で充満された、少なくとも２組のラジアル動圧発生溝と、前記フランジと前記スラスト板の当接面の少なくともいずれか一方に設けられ、前記オイルまたはグリスの潤滑剤で充満された、スラスト動圧発生溝とを有し、前記スラスト動圧発生溝面の隙間をＡ、前記フランジ外周面のオイル溜まり部の隙間をＢ、前記フランジの前記スリーブ側の面と前記スリーブとの隙間をＣ、前記フランジ側の前記ラジアル動圧発生溝部の隙間をＥ、前記フランジ側とは逆の軸開放端側の前記ラジアル動圧発生溝部の隙間をＧ、前記隙間Ｅ部と前記隙間Ｃ部の間のオイル溜まり部の隙間をＤ、前記隙間Ｇ部と前記隙間Ｅ部の間のオイル溜まり部の隙間をＦ、前記隙間Ｇ部に隣接する軸受開放側のオイル溜まり部の隙間をＨ、前記フランジの前記スラスト板との対向面に凹部を形成することによって前記フランジと前記スラスト板との間に設けたオイル溜まり部の隙間をＪとしたとき、Ｇ＜Ｈ、Ｅ＜Ｈ、Ａ＜Ｈ、Ｃ＜Ｈ、Ｄ＜Ｈ、Ｆ＜Ｈ、Ｂ＜Ｈ、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｂ、Ｃ＜Ｄ、Ｅ＜Ｄ、Ｅ＜Ｆ、Ｇ＜Ｆ、Ｇ＜Ｄ、Ａ＜Ｄ、および＜Ｈの全てを満たし、少なくとも前記ラジアル動圧発生溝から前記スラスト動圧発生溝までが前記オイルまたはグリスの潤滑剤で連続して充満され、前記オイルまたはグリスの基油は４０℃の粘度が４センチストークス以上であり、前記スリーブの外周及び軸の外周の内、いずれか一方がベースに固定され他方は回転自在なハブロータに固定された流体軸受装置。
2. さらに、Ｅ＜Ａ、Ｅ＜Ｃ、Ｇ＜Ａ、Ｇ＜Ｃ、およびＦ＜Ｂの全てを満たす、請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体軸受装置のハブロータに記録再生用ディスクを同軸上に固定し回転自在に支持し、回転する前記ディスク面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、この磁気ヘッドまたは光学ヘッドを前記ディスク面に平行に可動自在に構成し、信号の記録または再生を行うディスク記録装置。
   

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