JP4328344B2 - 流体循環式流体動圧ベアリング - Google Patents

Description

本発明は流体動圧ベアリングに係り、より詳しくは動圧を発生させる流体を内部で循環させることのできる流体循環式流体動圧ベアリングに関するものである。

流体動圧ベアリングはハードディスクドライブなどに設置されるスピンドルモーターの駆動力を発生させるための装置であり、特許文献１に開示された「軸受のシール装置」を一例として挙げることができる。ここで、その概略的な構成を図３及び図４に示す。

図３及び図４に示すように、上述した特許文献１に開示された軸受のシール装置は、回転軸３１とラジアル軸受部２４とから構成されている。

ラジアル軸受部２４は、回転軸３１の軸方向外側に配置され、これらの間に介在するオイル１５の漏出を防止するために、隙間変化部５０が設けられ、ほぼ円筒状の袋部４０に充填されるオイル１５の液面１５ａは隙間変化部５０内に位置するように設定されている。

隙間変化部５０は、ラジアル軸受部２４側の軸方向最内端となる隙間変化部内端５０ａと、隙間変化部５０の最外端となる隙間変化部外端５０ｂとからなる。ここで、隙間変化部内端５０ａが一番狭く、隙間変化部外端５０ｂが一番広くなっており、これらの間に隙間傾斜角αが形成される。

前述した構成において、袋部４０の内容量またはラジアル軸受部２４の内容量に対して隙間変化部５０の内容量が大きいので、製造時またはオイル１５の注入時に、袋部４０の内部容量が不規則になった場合や、回転軸３１の回転によって回転軸３１が浮上した場合、発熱によって袋部４０の内容量に変化があった場合、内部混合空気によってオイル１５の量に変化が生じた場合であっても、ラジアル軸受部２４にはいつもオイル１５が維持されて外部へ漏れることはない。

しかし、前述した構成を持つ従来の軸受のシール装置では、オイルの粘性または回転軸の回転時に発生する熱などの外部条件の変化が設計範囲を外れた場合にオイルを維持しにくくなって外部へ漏れる恐れがあった。
特許第２９３７８３３号公報

本発明は前述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、動圧ベアリング内の流体を流体循環部材によって循環させることにより、外部条件の変化に関係なく流体の外部流出を防止することができる流体動圧ベアリングを提供することにある。

前述した本発明の目的を達成するために、本発明は、記録媒体を駆動するための駆動部材と、駆動部材との間に動圧発生空間が形成されるように駆動部材を回転可能に支持し、流体を内側から外側へ流出させる流体流出口が形成された支持部材と、動圧発生空間に開口するように、駆動部材と支持部材のいずれか、または両方に設けられた動圧発生溝と、支持部材を回転可能に支持するとともに駆動部材に固定結合され、流体流出口から流出した流体を動圧発生空間に循環させる流体循環部材とを含むことを特徴とする流体循環式流体動圧ベアリングを提供する。

ここで、支持部材は、駆動部材と軸結合される軸結合部と、動圧発生空間に設けられて動圧を発生させる動圧発生部とを備え、流体流出口は動圧発生部から流体循環部材に向かって開放するように形成されている。

また、流体循環部材は、流体流出口から流出した流体を貯留する流体貯留空間と、流体貯留空間に貯留された流体を動圧発生空間に送り出す流体送出口とが形成されている。ここで、流体貯留空間は、流体流出口側が広く、流体送出口側が狭くなるくさび状の断面を有している。この際、流体貯留空間に貯留される流体は、毛細管力によって流体送出口に送り出され、流体貯留空間は上面の角度が０゜〜９０゜となるように形成されている。

また、流体送出口は、流体循環部材の上下方向に貫通するように形成されている。

さらに、本発明において流体貯留空間に貯留される流体は、駆動部材の駆動時に遠心力によって流体送出口に送り出されている。

本発明の流体循環式流体動圧ベアリングによれば、動圧ベアリング内に設けられた動圧発生空間に存在する流体が流体循環部材によって持続的に循環されるので、流体の粘性または回転軸の回転時に発生する熱などの外部条件の変化が設計範囲を外れたとしても流体が外部へ流出することはなく、安定的に維持することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施例に係る流体循環式流体動圧ベアリングについて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の好適な実施例に係る流体動圧ベアリング１００は、ハブ１１０、スリーブ１２０、及び流体循環部材１３０を含んでいる。

ハブ１１０は、上部にハードディスクなどの媒体（図示せず）を搭載し、これを回転させるための駆動部材であり、内部中央に環状の動圧発生空間１１０ａが形成され、動圧発生空間１１０ａを基準として内側中央に軸部１１１が形成され、外側に枠部１１５が形成されている。

軸部１１１は、ハブ１１０の内部中央から一体に伸びるように形成され、容易な回転のために、端部が傾斜処理されている。

枠部１１５はハブ１１０の縁部から一体に伸びるように形成され、端部が軸部１１１の端部より長く延長されている。

スリーブ１２０は、ハブ１１０を回転可能に支持するための支持部材であり、中央に軸結合部１２１が形成され、両側に動圧発生部１２５が形成されている。

軸結合部１２１は、上部に軸部１１１が挿合される軸挿合孔１２１ａが形成され、下部が下方に伸びて、スピンドルモーター（図示せず）のベース１４０に固定結合される。

動圧発生部１２５は、軸結合部１２１と一体に形成され、ハブ１１０に形成された動圧発生空間１１０ａに挿入される。この際、動圧発生部１２５は動圧発生空間１１０ａにほとんど密着して挿入されるように、動圧発生空間１１０ａの形状に対応した環状をしている。

また、動圧発生部１２５は、上面、外周面及び下面にそれぞれ多数の所定の形状をした動圧発生溝１２５ａが形成され、軸結合部１２１につながる部分には流体流出口１２５ｂが斜めに形成されている。

本実施例では、一例として流体流出口１２５ｂを斜めに形成したが、流体が円滑に流出することができる構造であればどのような形状であっても適用することができる。また、流体流出口１２５ｂの位置についても流体循環部材１３０の内側だけではなく、スリーブ１２０の下側動圧面上や、スリーブ１２０の側面と下側動圧面との間、またはスリーブ１２０の側面に連結されるように配置してもよい。

また、本実施例においては、動圧発生溝１２５ａをスリーブ１２０に形成したが、これとは異なり、スリーブ１２０の該当部分と向かい合うハブ１１０の内周面に形成してもよいし、両者に交互に形成してもよい。

流体循環部材１３０は、スリーブ１２０に形成された流体流出口１２５ｂを通じて流出する流体を再び動圧発生空間１１０ａに循環させるためのものであり、スリーブ１２０、具体的には動圧発生部１２５を支持するとともに動圧発生空間を提供するストッパー１３１と、流体の外部流出を防ぐためにストッパー１３１の下面を密封する密封キャップ１３５とを含んでいる。

ストッパー１３１は、環状に形成され、第１ハブ結合部１３２とスリーブ支持部１３３が一体に形成されている。

第１ハブ結合部１３２は、ハブ１１０の枠部１１５の内周面に固定結合され、これによってストッパー１３１がハブ１１０とともに回転するようになる。

スリーブ支持部１３３は、第１ハブ結合部１３２から延長して形成され、下面の一部は自由端から傾いて形成される。この際、スリーブ支持部１３３の下面に形成される勾配は０°〜９０゜の角度を有するようにする。

また、スリーブ支持部１３３は、自由端がスリーブ１２０の軸結合部１２１の傾斜部と隣接して配置され、第１ハブ結合部１３２と隣接した部位に、ストッパー１３１を上下に貫通する流体送出口１３１ａが形成される。

密封キャップ１３５は、環状に形成され、第２ハブ結合部１３６と流体貯留部１３７とを含んでいる。

第２ハブ結合部１３６は、ハブ１１０の枠部１１５の内周面に固定結合され、これによって密封キャップ１３５がハブ１１０とともに回転するようになる。この際、第２ハブ結合部１３６はストッパー１３１の第１ハブ結合部１３２の下面に固定結合される。

流体貯留部１３７は、ストッパー１３１のスリーブ支持部１３３の下側に位置し、自由端がスリーブ１２０の軸結合部１２１の傾斜部と隣接して配置される。ここで、スリーブ支持部１３３と流体貯留部１３７との間には、図面でくさび形状に見える流体貯留空間１３０ａが形成されるようになる。ここで、ストッパー１３１のスリーブ支持部１３３の下面が０゜〜９０゜の勾配を持つことから、流体貯留空間１３０ａはその上面が０゜〜９０゜の角度を持つようになる。

次に、図２を参照して図１の流体動圧ベアリング１００において、どのように流体が循環するかを説明する。

図１の流体動圧ベアリング１００の製作時または別途の流体注入時には、ハブ１１０とスリーブ１２０との間に備えられた動圧発生空間１１０ａに流体１５０が注入される。この時、流体１５０は“Ａ”で表示された部分または“Ｂ”で表示された部分を通じて注入され、流体１５０の注入時には動圧発生空間１１０ａ内の空気または気泡は“Ｂ”部分または“Ａ”部分を通じて外部に流出する。

次に、動圧発生空間１１０ａに流体１５０が充填された状態で、ハブ１１０が回転し始めると、流体１５０が動圧発生溝１２５ａに沿ってスリーブ１２０、具体的には動圧発生部１２５の中央部位（設計仕様によって変更できる）へ流体１５０が流動するようになる。

その後、流体１５０の流動が加速化し、ハブ１１０とスリーブ１２０との間、すなわちこれらが向かい合う動圧発生空間１１０ａ内で動圧が発生するようになり、これによりハブ１１０がスリーブ１２０から浮上した状態で回転するようになる。

ついで、一定時間が経過し、回転による摩擦熱によって流体１５０が加熱されて流体１５０の体積が膨脹するようになり、膨脹した流体１５０の一部はスリーブ１２０に形成された流体流出口１２５ｂを通じて外部に流出されるようになる。

このようにして流出した流体１５０は、流体循環部材１３０、具体的にはストッパー１３１によって設計量に至るまで溜まった状態で維持されるが、設計量を超えるとストッパー１３１と密封キャップ１３５との間に確保された流体貯留空間１３０ａに流れ込む。

ついで、ハブ１１０の回転力によって、ハブ１１０とともに回転するストッパー１３１と密封キャップ１３５の回転によって遠心力が発生すれば、この遠心力はくさび状の流体貯留空間１３０ａに維持されている流体１５０に印加される。

この際、遠心力を受けた流体１５０は次第に流体貯留空間１３０ａの内側、すなわちくさび状で面積が小さくなる側に流動するようになり、該当部分の圧力であるＰ１が動圧発生空間１１０ａとストッパー１３１との間の圧力であるＰ２より大きくなり、これによって流体１５０が流体送出口１３１ａに沿って下側から上方に流動して動圧発生空間１１０ａに流れ込むようになる。この際、流体１５０には、流体貯留空間１３０ａがくさび状を有することによって毛細管力が同時に作用し、この毛細管力は流体１５０が動圧発生空間１１０ａに流れ込むことを助ける。このようにして、流体１５０は遠心力と毛細管力によって矢印方向に循環するようになる。

以上、本発明の好適な実施例を参照して本発明の流体動圧ベアリングについて説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲内で、修正、変更及び多様な変形実施例が可能であることは当業者に明らかであろう。

本発明は、外部条件の変化に関係なく流体の外部流出を防止することができる流体動圧ベアリングに適用可能である。

本発明の好適な実施例に係る流体動圧ベアリングの概略断面図である。 図１のストッパーと密封キャップの部分拡大図である。 従来技術の流体動圧ベアリングの概略断面図である。 図３の部分拡大図である。

符号の説明

１００ 流体動圧ベアリング
１１０ ハブ
１１１ 軸部
１１５ 枠部
１２０ スリーブ
１２１ 軸結合部
１２１ａ 軸挿合孔
１２５ 動圧発生部
１２５ａ 動圧発生溝
１２５ｂ 流体流出口
１３０ 流体循環部材
１３０ａ 流体貯留空間
１３１ ストッパー
１３１ａ 流体送出口
１３２ 第１ハブ結合部
１３３ スリーブ支持部
１３５ 密封キャップ
１３６ 第２ハブ結合部
１３７ 流体貯留部

Claims (6)

1. 記録媒体を駆動するための駆動部材と、
   前記駆動部材との間に動圧発生空間が形成されるように前記駆動部材を回転可能に支持し、流体を内側から外側へ流出させる流体流出口が形成された支持部材と、
   前記動圧発生空間に開口するように、前記駆動部材と前記支持部材のいずれか、または両方に設けられた動圧発生溝と、
   前記駆動部材に固定結合され、前記流体流出口から流出した流体を前記動圧発生空間に循環させる流体循環部材とを含み、
   前記流体循環部材は、前記流体流出口から流出した流体を貯留する流体貯留空間と、前記流体貯留空間に貯留された流体を前記動圧発生空間に送り出す流体送出口とが形成され、
   前記流体貯留空間に貯留される流体は、前記駆動部材の駆動時に遠心力によって前記流体送出口に送り出されることを特徴とする流体循環式流体動圧ベアリング。
2. 前記支持部材は、前記駆動部材と軸結合される軸結合部と、前記動圧発生空間に設けられて動圧を発生させる動圧発生部とを備え、前記流体流出口は前記動圧発生部から前記流体循環部材に向かって開放するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体循環式流体動圧ベアリング。
3. 前記流体循環部材は、前記動圧発生部を支持するストッパと、流体の外部流出を防ぐために前記ストッパの下面を密封する密封キャップとを有し、
   前記ストッパの下面と前記密封キャップの上面との間の前記流体貯留空間は、前記流体流出口側が広く、前記流体送出口側が狭くなるくさび状の断面を有することを特徴とする請求項２に記載の流体循環式流体動圧ベアリング。
4. 前記流体貯留空間に貯留される流体は、毛細管力によって前記流体送出口に送り出されることを特徴とする請求項３に記載の流体循環式流体動圧ベアリング。
5. 前記流体貯留空間は、前記ストッパの下面と前記密封キャップの上面との間の角度が０゜〜９０゜であることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の流体循環式流体動圧ベアリング。
6. 前記流体送出口は、前記流体循環部材の上下方向に貫通するように形成されていることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の流体循環式流体動圧ベアリング。

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