JPH05141419A - 動圧流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は光ディスク装置のスピンドルの動圧
流体軸受装置に関し、アンギュラー剛性を十分に高くし
て薄型化を実現することを目的とする。 【構成】 軸受本体２１と回転軸４０とより構成する。
軸受本体２１は、底面２４を有する孔２５の構成のラジ
アル軸受部２２と、該ラジアル軸受部の中心軸２６に垂
直な面２７よりなり、その表面にスパイラル状溝２８を
有するスラスト軸受部２３とよりなる。回転軸４０は、
ラジアル軸受部２２に嵌合した軸部４１と、該軸部より
鍔状に張り出し、上記スラスト軸受部に対向する鍔部４
２とよりなる。回転軸の回転時に、上記鍔部４２と上記
スラスト軸受部２３とが流体ポンピング作用を行う構成
としたことを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動圧流体軸受装置に係
り、特に光ディスク装置のスピンドルの動圧流体軸受装
置に関する。

【０００２】光ディスク装置のスピンドルは、相当に高
速で且つ高精度の回転が要求される。小型の玉軸受では
特性的に不充分であり、スピンドルの軸受装置には動圧
流体軸受装置が採用されている。

【０００３】一方、現在、光ディスク装置は薄型化の傾
向にあり、これに対応すべく、スピンドル軸受装置は薄
型化が要求されている。

【０００４】なお、一般にスピンドルの軸受装置を薄型
とすると、角変位モードの剛性（アンギュラ剛性）が低
下してしまい、スピンドルの回転精度が低下してしま
う。

【０００５】そこで、スピンドルの軸受装置において
は、アンギュラ剛性を損なわないことを前提に薄型化を
図ることが要求されている。

【０００６】

【従来の技術】図１０は従来の１例の動圧流体軸受装置
１を示す。

【０００７】２は円柱状の軸受本体であり、ベース３上
に立設してあり、下部周面にヘリカル溝４が形成してあ
る。

【０００８】５は天板部を有する筒体であり、軸受本体
２に回転可能に嵌合している。

【０００９】筒体５が矢印６方向に高速回転すると、油
（図示せず）がヘリカル溝４によって、軸受本体２と回
転体５との間にポンピングされ、筒体５は油圧によって
支持されて軸受本体２に対して浮上した状態で定常回転
する。

【００１０】定常回転時における上記の軸受装置１を概
略的に示すと、筒体５に、図１１に示すように、下端側
をばね条数がｋ₁ のばね６により支持された状態とな
る。

【００１１】７は筒体５の角変位モードの中心であり、
軸受装置１の高さＨ₁ の略中央の高さＨ₂ に位置してい
る。

【００１２】アンギュラ剛性は、ばね６のばね条数ｋ₁
と、ばね６と中心７との間の距離Ｌ ₁ とにより定まり、
Ｌ₁ が大きい程大きい。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記構造の動圧流体軸
受装置１において、高さＨ₁ を低くすると、中心７が下
がり、距離Ｌ₁ か短くなり、アンギュラ剛性が低下して
しまう。

【００１４】このため、図１０の軸受装置１において
は、薄型化を図ることが実際上困難であった。

【００１５】本発明はアンギュラ剛性が高くて且つ薄型
化を可能にした動圧流体軸受装置を提供することを目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、底面
を有する孔の構成のラジアル軸受部と、該ラジアル軸受
部の中心軸に垂直な面よりなり、その表面にスパイラル
状溝を有するスラスト軸受部とよりなる軸受本体と、該
ラジアル軸受部に嵌合した軸部と、該軸部より鍔状に張
り出し、上記スラスト軸受部に対向する鍔部とよりなる
回転軸とよりなり、上記移転軸の回転時に、上記鍔部と
上記スラスト軸受部とが流体ポンピング作用を行う構成
としたものである。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の回転軸の軸
部がラジアル軸受部の孔の底面に当接している状態にお
いて、鍔部がスラスト軸受部に対して隙間を有する構成
としたものである。請求項３の発明は、請求項１の軸受
本体を、孔の開口縁に、面取り部又は段差部を設けたた
構成とし、該面取り部又は段差部と上記回転軸との間に
現状空間が形成された構成としたものである。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１の回転軸の軸
部の先端又は軸受本体の底面に、永久磁石を埋設した構
成としたものである。

【００１９】

【作用】請求項１の発明において、スラスト軸受部と鍔
部は、この間の部分にばねが配されたように作用し、中
心軸と垂直な面方向において、回転軸のアンギュラ剛性
を高めるように作用する。

【００２０】請求項２の発明において、隙間は、回転軸
が定常回転に到るまでの間にも、鍔部がスラスト軸受部
に接触しないように作用する。

【００２１】請求項３の発明において、環状空間は、ラ
ジアル軸受部又はスラスト軸受部の圧力変動を吸収する
ように作用する。

【００２２】請求項４の発明において、永久磁石は、回
転軸の抜け出しを防止するように作用すると共に、回転
軸の重量を増やさずに回転軸の浮上量を抑えるように作
用する。

【００２３】

【実施例】図１は本発明の一実施例の動圧流体軸受装置
２０を示す。

【００２４】２１は軸受本体であり、ラジアル軸受本体
であり、ラジアル軸受部２２と、スラスト軸受部２３と
を有する。

【００２５】図２に併せて示すように、ラジアル軸受部
２２は、底面２４を有する孔２５よりなる構成である。

【００２６】スラスト軸受部２３は、ラジアル軸受部２
２の中心軸２６と垂直をなし、孔２５の開口の周囲に拡
がった環状の平面２７と、ここに形成してあるスパイラ
ル状の溝２８とよりなる構成である。

【００２７】２９は大きい面取り部であり、孔２５の開
口縁に形成してある。

【００２８】この軸受本体２１は、シャーシベース３０
の一部に形成してある。

【００２９】４０は回転軸であり、ラジアル軸受部２２
に嵌合した軸部４１と、この軸部４１より外方に延出し
た環状の鍔部４２とよりなる。

【００３０】こゝで、軸部４１の長さ寸法Ｌ₁₀は比較的
短く、逆に、鍔部４２の径Ｄは比較的大きい。

【００３１】軸部４１の下端は、曲率半径Ｒが比較的大
きい球面４１ａとしてあり、中央に永久磁石４３が埋設
してある。

【００３２】軸部４１の先端から鍔部４２までの寸法Ｌ
₁₁は、上記の孔２５の深さ寸法Ｌ₁₂より、２０〜３０μ
ｍ長い寸法としてある。

【００３３】図１に示すように、回転軸４０が軸受本体
２１に嵌合された状態で、鍔部４２は、環状平面２７に
対して２０〜３０μｍの狭い隙間Ｇ₁ をおいて対向す
る。

【００３４】上記構成の軸受装置２０は、高さ寸法Ｈ₁₀
が図１０の軸受装置１の高さ寸法Ｈ ₁ の約１／２と小さ
く薄型となっている。

【００３５】次に、上記構成の動圧流体軸受装置２０の
動作について説明する。

【００３６】図３中、回転軸４０は矢印５０方向に約
３，０００ｒｐｍで高速回転する。

【００３７】回転軸４０が高速回転すると、矢印Ａで示
すように油がスパイラル状溝２８によって孔２５内にポ
ンピングされる。

【００３８】これにより、スラスト軸受部２３と鍔部４
２との間の隙間の圧力が上昇し、この部分の圧力分布は
線５１で示す如くになる。またラジアル軸部２２と軸部
４１との間の隙間の圧力が上昇し、この部分の圧力分布
は線５２で示す如くなる。

【００３９】これにより、回転軸４０には所定の浮上力
Ｆが作用し、磁石４３が底部２４から離れて底部２４か
ら若干浮上した状態で回転する。

【００４０】回転軸４０が高速で回転しているときの状
態を概略的に示すと、図４に示すように、回転軸４０の
鍔部４２がばね条数がｋ₂ のばね５５によりスラスト軸
受部２３に対して支持された状態となる。

【００４１】こゝで、ばね５５は回転軸４０の中心軸２
６から遠く離れた位置に配されており、回転軸４０の角
変位の中心５６からばね５５までの寸法Ｌ₂₀は相当に長
くなり、回転軸４０は長さは短いけれども角変位しにく
い。

【００４２】これにより、上記の軸受装置２０は、図１
０に示す軸受装置１に比べて格段に薄型であるけれど
も、十分に高いアンギュラ剛性を有する。

【００４３】次に、上記の動圧流体軸受装置２０の他の
特長について説明する。

【００４４】起動時 回転軸４０は、鍔部４２がスラスト軸受部２３と接触す
ることなく起動する。回転軸４０は、球面４０の先端だ
けが軸受本体２１と接触した状態で起動する。

【００４５】このため、回転軸４０の起動トルクは小さ
い。

【００４６】永久磁石４３による作用 (1) 永久磁石４３と底部２４との吸着力によって、回転
軸４０は軸受本体２１からの抜け出しが防止される。こ
れにより、軸受装置２０は、回転軸４０が水平となる姿
勢でも使用できる。 (2) 永久磁石４３は底部２４との吸着力によって、回転
軸４０の重量を増やさずに、回転軸の浮上量を抑えるよ
うに作用する。

【００４７】このため、回転軸４０の重量を増やした場
合には、回転軸４０の角変位特性が図５中線６１で示す
ようになるのに対し、永久磁石４３を利用すると、線６
２で示すようになり、共振回転数が上がる。

【００４８】これによって、定常回転数Noにおける回転
軸４０の角変位量が効果的に抑えられる。

【００４９】大きい面取り部２９ この面取り部２９は、ラジアル軸受部２２の圧力の変動
がスラスト軸受部２３の圧力分布に影響を及ばさないよ
うに作用する。

【００５０】図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、回転軸
４０が片寄ると、ラジアル軸受部２２の圧力分布が線７
０及び７１で示すようにアンバランスとなる。

【００５１】図６（Ｂ）に示すように、スラスト軸受部
２３がラジアル軸受部２２と直に連続している場合に
は、このラジアル軸受部２２の圧力分布のアンバランス
の影響が、スラスト軸受部２３の圧力分布に及び、この
圧力分布が線７２及び７３で示す如くアンバランスにな
る。

【００５２】この結果、回転軸４０の回転状態が不安定
となってしまう。

【００５３】これに対し、上記の面取り部２９が有る
と、図６（Ａ）に示すように、面取り部２９と対向する
部分に、比較的広い環状の空間７５が形成される。

【００５４】この環状空間７５は、ラジアル軸受部２２
の圧力の変動を吸収して、これがスラスト軸受部２３に
及ばないように作用する。

【００５５】このため、図６（Ａ）に示すように、回転
軸４０が片寄り、これによってラジアル軸受部２２の圧
力が線７０及び７１に示すように変動しても、この影響
はスラスト軸受部２３までは及ばず、スラスト軸受部２
３の圧力分布は線５１で示すように元のままを維持す
る。

【００５６】このため、回転軸４０は安定な回転状態を
保つ。

【００５７】また、上記の環状空間７５は、上記とは逆
にスラスト軸受部２３の圧力の変動の影響を吸収してこ
れがラジアル軸受部２２に及ばさないようにも作用す
る。

【００５８】図７は、図１に動圧流体軸受装置２０がス
ピンドル軸受として適用された光ディスク装置７０の一
部を示す。８１はターンテーブルであり、回転軸（スピ
ンドル軸）４０に固定してある。８２はモータであり、
ターンテーブル８１の下面に固定した永久磁石８３と、
シャーシベース３０上のコイル８４とよりなり、ターン
テーブル８１及び回転軸４０を一体的に回転させる。

【００５９】８５は光ディスクであり、ターンテーブル
７１上に載置される。

【００６０】軸受装置２０が薄型であるため、光磁気デ
ィスク装置８０のターンテーブルの部分の高さ寸法Ｈ₂₀
は小さくなっている。

【００６１】これにより光ディスク装置８０は従来に比
べて薄型となる。

【００６２】次に、本発明の動圧流体軸受装置の変形例
について説明する。

【００６３】図８は一の変形例の軸受装置２０Ａであ
り、図中の大きい面取り部２９に代えて凹段部９０が形
成してある。

【００６４】図９は別の変形例の軸受装置２０Ｂであ
り、永久磁石４３をシャーシベース３０に埋設した構成
である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した様に、請求項１の発明によ
れば、回転軸のアンギュラー剛性が高くてしかも薄型と
し得る。従って、この軸受装置を適用することにより、
光ディスク装置等の情報機器の薄型化を図ることが出来
る。

【００６６】請求項２の発明によれば、回転軸の起動ト
ルクを少なくし得、起動を円滑に行うことが出来る。

【００６７】請求項３の発明によれば、例えば回転軸が
片寄ってもスラスト軸受部の圧力が変動しないようにす
ることが出来、然して、回転軸の回転の安定性を向上し
得る。

【００６８】請求項４の発明によれば、回転軸が水平と
なる向きでも使用することが出来る。また、共振点を上
げることが出来、その分回転軸の回転の安定性を向上さ
せることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧流体軸受装置の一実施例の断面図
である。

【図２】図１中、軸受本体の平面図である。

【図３】図１の軸受装置の回転軸が定常回転していると
きの状態を示す図である。

【図４】図３の状態における回転軸の支持状態を説明す
る図である。

【図５】図１の軸受装置の特性図である。

【図６】回転軸の片寄りの影響を説明する図である。

【図７】図１の動圧流体軸受装置を適用した光ディスク
装置のターンテーブル部を示す図である。

【図８】本発明の軸受装置の一の変形例を示す図であ
る。

【図９】本発明の軸受装置の別の変形例を示す図であ
る。

【図１０】従来の動圧流体軸受装置の１例を示す図であ
る。

【図１１】図１０の軸受装置における定常回転時の筒体
の支持状態を説明する図である。

【符号の説明】

２０ 動圧流体軸受装置 ２１ 軸受本体 ２２ ラジアル軸受部 ２３ スラスト軸受部 ２４ 底面 ２５ 孔 ２６ 中心軸 ２７ 環状平面 ２８ スパイラル状溝 ２９ 大きい面取り部 ３０ シャーシベース ４０ 回転軸 ４１ 軸部 ４１ａ 球面 ４２ 鍔部 ４３ 永久磁石 ５０ 回転方向を示す矢印 ５１ スラスト軸受部の圧力分布を示す線 ５２ ラジアル軸受部の圧力分布を示す線 ５５ ばね ５６ 回転軸の角変位の中心 ６２ 角変位特性を示す線 ７５ 環状空間 ８０ 光ディスク装置 ８１ ターンテーブル ８２ モータ ９０ 凹段部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底面（２４）を有する孔（２５）の構成
   のラジアル軸受部（２２）と、該ラジアル軸受部の中心
   軸（２６）に垂直な面（２７）よりなり、その表面にス
   パイラル状溝（２８）を有するスラスト軸受部（２３）
   とよりなる軸受本体（２１）と、 該ラジアル軸受部（２２）に嵌合した軸部（４１）と、
   該軸部より鍔状に張り出し、上記スラスト軸受部（２
   ３）に対向する鍔部（４２）とよりなる回転軸（４０）
   とよりなり、 上記回転軸の回転時に、上記鍔部（４２）と上記スラス
   ト軸受部（２３）とが流体ポンピング作用を行う構成と
   したことを特徴とする動圧流体軸受装置。
2. 【請求項２】 請求項１の回転軸の軸部がラジアル軸受
   部の孔の底面に当接している状態において、鍔部がスラ
   スト軸受部に対して隙間（Ｇ₁ ）を有する構成としたこ
   とを特徴とする動圧流体軸受装置。
3. 【請求項３】 請求項１の軸受本体を、孔の開口縁に、
   面取り部（２９）又は凹段部（９０）を設けた構成と
   し、 該面取り部又は段差部と上記回転軸との間に現状空間
   （７５）が形成された構成としたことを特徴とする動圧
   流体軸受装置。
4. 【請求項４】 請求項１の回転軸の軸部の先端又は軸受
   本体の底面に、永久磁石（４３）を埋設した構成とした
   ことを特徴とする動圧流体軸受装置。