JP4943758B2 - 流体軸受装置 - Google Patents
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Description
この図5に示すモータ500は、ハードディスクドライブのディスク駆動用モータであり、ステータSとロータRとにより構成される。
ハブJ2の外周面J2aにはハードディスク(図示せず)が装着される。
また、このハブJ2の中心孔J2bにはステンレス鋼よりなるシャフトJ1が固定されている。
この潤滑流体20をシールするテーパシール部JTSは、スリーブJ9におけるハブJ2側の端部に設けられ、スリーブJ9の内周面J9aとこれに対向するシャフトJ1の外周面J1aとで形成される。
また、潤滑流体20は、その液面20aがテーパシール部JTSに位置するように充填量が規定されている。
すなわち、テーパシール部JTSは、その形状が潤滑流体20を所定の容量だけ蓄えられる形状とされている。
ステンレス鋼よりなるシャフトJ1の熱膨張係数は、10.5×10-6/℃ であり、真鍮よりなるスリーブJ9の熱膨張係数は、17×10-6/℃ である。
また、モータ500の使用上限温度は通常80℃であり、常温の25℃からこの使用上限温度まで温度が上昇すると、その温度増分は55℃である。
温度が常温から80℃に上昇すると、スリーブJ9の孔の直径は4.0087mmに変化し、シャフトJ1の外径は4.0023mmに変化し、容量は13.431mm3へと1.0154倍に増加する。この増加分は1.54%である。
一方、テーパシール部JTSは、常温の25℃において、最小径が4.0050mm、最大径が4.2050mm、軸方向長さが2.1000mmで形成されており、その容量が1.4091mm3である。
温度が常温から80℃に上昇すると、容量は、1.4306mm3へと1.0153倍増加する。この増加分は1.53%である。
この構成によれば、温度上昇に伴い、スリーブの内径が拡張してテーパシール部の容量が増加して潤滑流体の液面上昇を抑制することができるものの、テーパシール部以外の潤滑流体保持部、すなわち、シャフトとスリーブとの間隙も、その間隙が微少であるが故に大幅に拡張して軸受剛性が低下し、ロータの回転振れが大きくなるという問題が生じる。
すなわち、シャフト(1,51)と、このシャフト(1,51)が挿入されたスリーブ(9,59)と、前記シャフト(1,51)と前記スリーブ(9,59)との間隙に介在させた潤滑流体(20)と、を備え、前記シャフト(1,51)を前記スリーブ(9,59)に対して相対的に回転自在に支持する流体軸受装置(B)において、前記スリーブ(9,59)の端部に環状のテーパリング(4,54)を備え、前記テーパリング(4,54)の内周面(4a,54a)とこれに対向する前記シャフト(1,51)の外周面(1a,91b)との少なくとも一方を、前記内周面と前記外周面とで形成する間隙が前記スリーブ(9,59)から離れるに従って広がる傾斜面(4a,54a)として、前記潤滑流体(20)の漏出を防止するテーパシール部(TS)を形成すると共に、前記テーパリング(4,54)を、その熱膨張係数が前記スリーブ(9,59)及び前記シャフト(1,51)の熱膨張係数よりも大きい材料で形成して成ることを特徴とする流体軸受装置(50,50A)である。
図1は、本発明の流体軸受装置における実施例を搭載したモータの断面図である。
図2は、本発明の流体軸受装置の要部を説明する拡大断面図である。
図3は、本発明の流体軸受装置における昇温した状態での要部を説明する拡大断面図である。
図4は、本発明の流体軸受装置における他の実施例を搭載したモータの断面図である。
図1に示す第1実施例の流体軸受装置を搭載したモータ50は、ハードディスクドライブに用いられるディスク駆動用モータであり、ステータSとロータRとにより構成される。
ハブ2の外周面2aにはハードディスク(図示せず)が装着される。
シャフト1は、スリーブ9に挿入されると共にラジアル方向及びスラスト方向に流体軸受装置Bを介して軸支される。
この流体軸受装置Bは、ラジアル方向の軸受RBとスラスト方向の軸受SBとで構成されている。
スラスト方向の軸受SBは、スリーブ9における図1の下方側の端部に形成された段部9bと、シャフト1の端部に固定され段部9bに収容されたスラストリング31と、段部9bに固定されスリーブ9の開口端部を封止するスラストプレート32と、これらの部材の間隙、すなわち、スリーブ9及びスラストプレート32と、スラストリング31及びシャフト1の先端面と、の間隙に充填された潤滑流体20とを含んで構成される。
以上の構成において、ロータRはステータSに対して回転自由に支持されている。
実施例の流体軸受Bにおいて、そのテーパシール部TSは、シャフト1と、スリーブ9と、このスリーブ9の外周部から軸方向に環状に突出する突出壁9k及びスリーブ9の端面9tに固定されたテーパリング4とにより構成される。このテーパリング4は、端面9tと接着剤adh1により固定され、突出壁9kとも接着剤adh2により固定される。
接着剤adh2は隅部に盛られて硬化しており、例えば体積変化が少ないエポキシ系接着剤を用いることができる。
これにより、接着剤adh2はテーパリング4の上面4tから突出することがないので、接着剤adh2によりモータ50の軸方向の厚さが増加することはない。
従って、テーパリング4とスリーブ9の端面9tとの間の接着面などに剥離が生じることもない。
すなわち、テーパシール部TSにおいて、テーパリング4の内周面4aとシャフト1の外周面1aとの径方向の間隙が、スリーブ9から離れるに従って拡大するように形成されている。
潤滑流体20は、その液面20aがテーパシール部TSの途中に位置するような量で充填されている。
シャフト1はマルテンサイト系のステンレスで形成され、スリーブ9は銅合金で形成され、テーパリング4はアルミニウムで形成されており、それぞれ熱膨張係数は、
シャフト1:10.5×10-6/℃
スリーブ9:17×10-6/℃
テーパリング4:23.5×10-6/℃
である。
すなわち、テーパリング4を、シャフト1及びスリーブ9よりも熱膨張係数の大きな材料で形成してある。
また、潤滑流体20としてエステル系オイルを使用しており、その熱膨張係数は、8×10-6/℃ である。
すなわち、
シャフト1の外径ds:φ4.0000mm
テーパリング4の内周面である第2テーパ面4aにおいて、
最小内径d1(スリーブ側の内径):φ4.0050mm
最大外径d2(スリーブとは反対側の内径):φ4.2050mm
である。
シャフト1の外径ds(80):φ4.0023mm
第2テーパ面4cの最小内径d1(80):φ4.0102mm
第2テーパ面4cの最大内径d2(80):φ4.2104mm
である。
これは、従来の例で示した容積増分1.53%に対して約2倍の増加である。
また、潤滑流体20の体積は4.40%増加する。
従って、テーパシール部TSとして、テーパリング4を用いない従来の構造に対してその軸方向長を0.013mm短縮することができ、すなわち、この流体軸受Bを搭載したモータ50の厚さを0.013mm薄くすることができる。
例えば、POM(ポリアセタール)を用いると、その熱膨張係数は90×10-6/℃ であるからアルミニウムの熱膨張係数より更に大きく、この場合に他の部材や寸法などを同様の条件として80℃における液面変位(上昇)を求めると、0.326mmとなる。従って、この変位量は、アルミニウムを用いた場合の変位量より0.140mm少ない。
すなわち、この流体軸受装置Bを搭載したモータの厚さを、さらに0.140mm短縮することが可能となる。
また、シャフト1とスリーブ9の間隙も大幅に拡張することがないので、軸受剛性の低下が抑制され、ロータRの回転振れが大きくなることがない。
次に、本発明の流体軸受装置の第2実施例について図4を用いて詳述する。
図4に示す第2実施例の流体軸受装置を搭載したモータ50Aは、ハードディスクドライブに用いられるディスク駆動用モータであり、ステータSとロータRとにより構成される。
このステータコア64は、図示しない複数の突極を備え、各突極にはコイル80が巻回されている。
モータベース63の中心孔63bには、ステンレス鋼よりなるシャフト芯51sが固定されており、このシャフト芯51sの外周面には円筒状の円筒体91が固定されている。シャフト芯51sと円筒体91とは一体化されているので、この円筒体91を含めてシャフト51と見なすことができる。
ハブの外周面72aにはハードディスク(図示せず)が装着される。
このハブ72の貫通孔72bの内面72b1には、スリーブ59が固着されている。
以上の構成において、ロータRはステータSに対して回転自由に支持されている。
この流体軸受Bのテーパシール部TSは、スリーブ59の両端部側に一対設けられている。
図4において、スリーブ59における環状壁59kの内周面及び内側隅に設けられた断面三角形状の周溝59m1,59m2は、テーパリング54を接着する接着剤を良好に保持するための接着剤溜まりである。
潤滑流体20は、その液面20aがテーパシール部TSの途中に位置するような量で充填されている。
従って、この第2実施例においても、第1実施例と同様に、テーパシール部TSの軸方向の長さを短くすることができ、この流体軸受装置Bを搭載したモータ50の厚さをその分薄くすることができる。
また、シャフト51とスリーブ59の間隙も大幅に拡張することがないので、軸受剛性の低下が抑制され、ロータRの回転振れが大きくなることがない。
また、一対のテーパリング54の両方ではなく、一方のみを他の部材よりも熱膨張係数が大きい材料にしたものであってもよいことは言うまでもない。
低温環境下での動作について説明すると、その環境下では潤滑流体20は熱収縮して体積が減少する。
一方、各テーパリング4,54は、上述したように他の部材(シャフト1,51やスリーブ9,59)よりも熱膨張係数が大きいので、他の部材よりも著しく縮小してテーパシール部TSの容量の減少度合いが大きくなる。
従って、潤滑流体20の体積収縮に伴う液面降下が抑制され、テーパシール部TSまで液面が到達せず(テーパシール部TSに液面が位置せず)に動圧発生部等においていわゆる潤滑油切れが発生するのを防止することができる。
このように、この流体軸受装置Bは、温度変化の影響を極めて受けにくく、長期間にわたり初期性能が維持でき、極めて高い信頼性を有する。
各実施例においては、昇温により液面上昇を抑制する例を示したが、昇温により液面がほとんど変化しないように設定することもでき、また、液面が降下するように設定することもできる。
潤滑流体の流動性についても特に限定するものではなく、半流体のものであってもよい。その場合、実施例における液面とは界面を含むものと解釈してよい。
いずれの場合も、テーパリング4の内周面4aとシャフト1の外周面1aとの径方向の間隙が、ハブ2側に向かうに従って広がるように形成されていればよい。
1a 外周面
2 ハブ
2a 外周面
2b 中心孔
2d 周壁
2d1 内面
4 テーパリング
4a 第2テーパ面(内周面)
6 マグネット
9 スリーブ
9a 内周面
9b 段部
9c 第1テーパ面
9k 突出壁
9t 端面
13 モータベース
13a 立ち上げ部
13a1 内周面
13a2 外周面
14 ステータコア
20 潤滑流体
20a 液面(界面)
30 コイル
31 スラストリング
32 スラストプレート
50,50A モータ
51 シャフト
54 テーパリング
54a 第2テーパ面(内周面)
56 マグネット
59 スリーブ
59a 貫通孔
59a1 内周面
59m1,59m2 周溝(接着剤溜まり)
63 モータベース
63a 立ち上げ部
63a1 外周面
63b 中心孔
64 ステータコア
72 ハブ
72a 外周面
72b 貫通孔
72b1 内面
72d 周壁
72d1 内面
80 コイル
91 円筒体
91a 外周面
91b 第1テーパ面
91t 端部
adh 接着剤
B 流体軸受(装置)
S ステータ
TS テーパシール部
R ロータ
RB (ラジアル方向の)軸受
SB (スラスト方向の)軸受
ds,d1,d2 径
Claims (6)
- シャフトと、
前記シャフトが挿入されたスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間隙に介在させた潤滑流体と、を備え、
前記シャフトを前記スリーブに対して相対的に回転自在に支持する流体軸受装置において、
前記スリーブの端部に環状のテーパリングを備え、
前記テーパリングの内周面とこれに対向する前記シャフトの外周面との少なくとも一方を、前記内周面と前記外周面とで形成する間隙が前記スリーブから離れるに従って広がる傾斜面として、前記潤滑流体の漏出を防止するテーパシール部を形成すると共に、前記テーパリングは、その熱膨張係数が前記スリーブ及び前記シャフトの熱膨張係数よりも大きい材料で形成されて温度上昇にしたがって前記テーパリングの内径が拡張すると共に厚さが増加する方向に変形させて、少なくとも前記潤滑流体が前記温度上昇によって膨張する体積に対応するように前記潤滑流体の収納容積を増加させることを特徴とする流体軸受装置。 - シャフトと、
前記シャフトが挿入されたスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間隙に介在させた潤滑流体と、を備え、
前記シャフトを前記スリーブに対して相対的に回転自在に支持する流体軸受装置において、
前記スリーブの端部に、リング内周面と、リング外周面と、前記スリーブと軸方向に対向するリング下面と、を有する環状のテーパリングを備え、
前記テーパリングの前記リング内周面とこれに対向する前記シャフトの外周面との少なくとも一方を前記リング内周面と前記シャフトの外周面とで形成する間隙が前記スリーブから離れるに従って広がる傾斜面として、前記潤滑流体の漏出を防止するテーパシール部を形成すると共に、
前記スリーブは、端部から軸方向に突出する環状の突出壁を有し、
前記テーパリングは、その熱膨張係数が前記スリーブ及び前記シャフトの熱膨張係数よりも大きい材料で形成されて温度上昇にしたがって前記テーパリングの内径が拡張すると共に厚さが増加する方向に変形させて、少なくとも前記潤滑流体が前記温度上昇によって膨張する体積に対応するように前記潤滑流体の収納容積を増加させ、前記リング外周面が前記突出壁の側面に当接すると共に前記リング下面のうち少なくとも前記リング内周面に連続する領域が前記スリーブの端面に接する形状に形成されることを特徴とする流体軸受装置。 - シャフトと、
前記シャフトが挿入されたスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間隙に介在させた潤滑流体と、を備え、
前記シャフトを前記スリーブに対して相対的に回転自在に支持する流体軸受装置において、
前記スリーブの端部に環状のテーパリングを備え、
前記テーパリングは、リング内周面と、リング外周面と、前記スリーブと軸方向に対向するリング下面と、を有し、
前記テーパリングの前記リング内周面とこれに対向する前記シャフトの外周面との少なくとも一方を前記リング内周面と前記シャフトの外周面とで形成する間隙が前記スリーブから離れるに従って広がる傾斜面として、前記潤滑流体の漏出を防止するテーパシール部を形成すると共に、
前記スリーブは、端部から軸方向に突出する環状の突出壁を有し、
前記テーパリングは、その熱膨張係数が前記スリーブ及び前記シャフトの熱膨張係数よりも大きい材料で形成されて温度上昇にしたがって前記テーパリングの内径が拡張すると共に厚さが増加する方向に変形させて、少なくとも前記潤滑流体が前記温度上昇によって膨張する体積に対応するように前記潤滑流体の収納容積を増加させ、第1の接着剤により前記スリーブの端面に接着されると共に前記第1の接着剤とは異なる種類の第2の接着剤により前記突出壁の側面に接着されることを特徴とする流体軸受装置。 - シャフトと、
前記シャフトが挿入されたスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間隙に介在させた潤滑流体と、を備え、
前記シャフトを前記スリーブに対して相対的に回転自在に支持する流体軸受装置において、
前記スリーブの端部に環状のテーパリングを備え、
前記テーパリングは、リング内周面と、リング外周面と、前記スリーブと軸方向に対向するリング下面と、前記リング下面の反対側のリング上面に軸方向の厚さを小さくする凹部と、を有し、
前記テーパリングの前記リング内周面とこれに対向する前記シャフトの外周面との少なくとも一方を前記リング内周面と前記シャフトの外周面とで形成する間隙が前記スリーブから離れるに従って広がる傾斜面として、前記潤滑流体の漏出を防止するテーパシール部を形成すると共に、
前記スリーブは、端部から軸方向に突出する環状の突出壁を有し、
前記テーパリングは、その熱膨張係数が前記スリーブ及び前記シャフトの熱膨張係数よりも大きい材料で形成されて温度上昇にしたがって前記テーパリングの内径が拡張すると共に厚さが増加する方向に変形させて、少なくとも前記潤滑流体が前記温度上昇によって膨張する体積に対応するように前記潤滑流体の収納容積を増加させ、第1の接着剤により前記スリーブの端面に接着されると共に、前記凹部と前記突出壁の側面とに亘って前記第1の接着剤とは異なる種類の第2の接着剤が塗布されることを特徴とする流体軸受装置。 - 前記スリーブの内周面の端面側には、軸方向で当該端面に向かうに従って大径となる傾斜面であって前記テーパリングの内周面と連続して前記テーパシール部を構成するテーパ面が形成されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の流体軸受装置。
- 前記スリーブは、前記スリーブの内周面の端面における直径が前記テーパリングの内周面の直径より小さく形成されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の流体軸受装置。
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