JPH07133823A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スラスト方向の動圧を大きく、また回転体が
安定した状態にて回転できるようにし、また剛性が大き
く振れ周りを抑制できるようにし、更に回転体の端面の
摩耗を抑制でき耐久性に優れたものとし、更にまた回転
体のスラスト方向の振れを抑制できるようにする。 【構成】筒状回転体１と、筒状回転体１の端面２を動圧
で支承するスラスト受板８と、筒状回転体１をスラスト
受板８の方向に付勢する付勢手段４とを備えている。筒
状回転体の大径の端面を支承するので、端面２の周速が
大きく、動圧が大きい。筒状回転体１をスラスト受板８
の方向に付勢するので、筒状回転体１のスラスト方向の
振れを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動圧軸受装置に関す
る。更に詳述すると、本発明は、回転体の端面をスラス
ト受板によって動圧で支持する動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転体をスラスト方向に支持する動圧軸
受装置としては、従来、例えば図３に示すように、回転
軸１０１の端面１０２をスラスト受板１０３によりスラ
スト方向に支承するものが知られている。回転軸１０１
の端面１０２とスラスト受板１０３との間には、動圧を
発生させるための流体１０４が介在されている。流体１
０４としては潤滑油、磁性流体などの液体や空気などの
気体が用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転軸
１０１の径をあまり大きくできないモータでは回転軸１
０１の端面１０２が小径となるので、回転軸１０１の端
面１０２の周速が小さくなり、小さな動圧しか発生しな
い。また、図３に示すような構造ではスラスト荷重はロ
ータの自重に基因するものであることから、回転軸１０
１が小径になるとスラスト荷重も軽くなってスラスト方
向の変動が大きくなり、ハードディスク駆動装置のよう
なものに利用するときには問題となってしまう。加え
て、回転軸１０１の端面１０２が小径となると、端面１
０２の摩耗の程度が大きく、軸受装置の耐久性に影響を
与える等の問題がある。更に、回転軸１０１が小径の場
合、ラジアル軸受剛性も小さくなり、回転軸１０１の回
転が不安定となって振れ周りを生じ易くなる。

【０００４】本発明は、軸受装置そのものの大きさを変
更せずにスラスト方向の発生動圧を大きくすると共に回
転体のスラスト方向の変動を抑制し、かつ回転体の端面
の摩耗を低減して耐久性に優れる動圧軸受装置を提供す
ることを目的とする。また、本発明は、軸受装置そのも
のの大きさを変更せずにラジアル軸受剛性を大きくして
振れ周りを抑制し、回転体が安定して回転する動圧軸受
装置を提供することを第２の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の動圧軸受装置は、筒状回転体と、この筒状
回転体の端面を動圧を利用して支持するスラスト受板
と、筒状回転体をスラスト受板の方向に付勢する付勢手
段とを備えるようにしている。

【０００６】また、本発明の動圧軸受装置における付勢
手段は、スラスト受板に設けられた磁石からなり、筒状
回転体を吸引することによって筒状回転体をスラスト受
板に付勢するようにしている。

【０００７】更に、本発明の動圧軸受装置は、付勢手段
の磁路形成により磁性流体のシールを行うようにしてい
る。

【０００８】

【作用】したがって、付勢手段によって筒状回転体がス
ラスト受板の方向に常時付勢されるため、筒状回転体の
自重によるスラスト荷重よりも大きなスラスト荷重を付
加することによって筒状回転体のスラスト方向への変動
が抑制される。しかも、この回転体は筒状であるため、
その内方に軸受部材とそれを支持する固定軸とを設置で
き、軸受装置の周速度が速くなる最も外径側で大きなス
ラスト方向の動圧を発生させることができる。

【０００９】また、付勢手段がスラスト受板に設けられ
た磁石からなる場合、吸引力によって筒状回転体がスラ
スト受板に引きつけられると共に付勢手段と筒状回転体
との間に形成される閉磁路によって潤滑流体として用い
られる磁性流体を磁力で吸着保持する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１１】図１に本発明の動圧軸受装置の原理を示
す。この動圧軸受装置は、筒状回転体１と、この筒状回
転体１の端面２と対向するスラスト受板８と、筒状回転
体１をスラスト受板８に向けて付勢する付勢手段４とを
少なくとも有し、筒状回転体１の端面２とスラスト受板
８との間に潤滑流体７による動圧が発生するように構成
されている。本実施例の場合、筒状回転体１は、その内
側の空間を利用して配置される固定部材と軸受部材とに
よって回転自在に支持されている。即ち、筒状回転体１
の内方に筒状回転体１を支持する固定部材としての固定
軸５を設置し、この固定軸５に軸受部材６，６を取り付
けることによって軸受を構成するようにしている。そし
て、ラジアル軸受部材６，６と筒状回転体１の内周面と
の間に潤滑流体７として磁性流体（以下磁性流体７とい
う）が充填されている。ここで、筒状回転体１およびス
ラスト受板８は磁性材料から形成されている。更に、こ
の実施例の動圧軸受装置には、筒状回転体１をスラスト
受板８の方向に付勢する付勢手段として環状の磁石４が
採用されている。磁石４は、軸方向着磁され、筒状回転
体１の周りにスラスト受板８と接するようにして配置さ
れている。また、本実施例の場合、磁石４のスラスト受
板８と接触していない磁極側には透磁性材料から成る透
磁性体カラー２２が設置されている。この透磁性体カラ
ー２２は、例えば筒状回転体１を包囲して磁性流体７を
閉じ込めるためのシール体２３に圧入されて固定されて
いる。したがって、透磁性材料から成る筒状回転体１と
スラスト受板８との間には、磁石４→透磁性体カラー２
２→筒状回転体１→スラスト受板８と流れる閉磁路Ｆが
形成され、互いに吸引させようとする磁力が発生する。

【００１２】以上のように構成された動圧軸受装置によ
ると、筒状回転体１は、大径で周速が大きい端面２でス
ラスト受板８との間に大きな動圧を発生し、安定した状
態で回転する。しかも、付勢手段たる磁石４によって筒
状回転体１がスラスト受板８の方向に常時吸引され、筒
状回転体１のスラスト荷重が増加され、筒状回転体１の
スラスト方向の変動が低減される。加えて、磁石４によ
って形成される閉磁路Ｆによって透磁性カラー２２と筒
状回転体１との間でスラスト受板８と筒状回転体１の端
面２との間から筒状回転体１の外へ洩れ出る磁性流体７
が保持され、筒状回転体１と磁石４との間の隙間に閉じ
込められる。依って、磁性流体７のシールが行われると
同時に筒状回転体１の端面２とスラスト受板８との間へ
の磁性流体７の補給も可能とされる。また、閉磁路Ｆの
形成によってスラスト受板８と筒状回転体１の端面２と
の間に磁性流体７が保持されるので動圧力が高まる。更
に、筒状回転体１の大径の端面２がスラスト受板８と摺
動するので、筒状回転体１の端面２の摩耗程度が低減さ
れる。また、筒状回転体１は大径であるので、ラジアル
軸受剛性が大きく、振れ周りが抑制される。また、本実
施例ではラジアル軸受部材６，６が筒状回転体１の内方
に配置されているので、固定軸５の径は大きくなくとも
よい。一方、固定軸５の径を大きくしたとしても筒状回
転体１の肉厚を小さくすれば十分な動圧を期待できる。

【００１３】このように大きな動圧を発生し、安定した
回転で、振れ周りが抑制され、スラスト方向の振れも抑
制できる動圧軸受装置は、例えばハードディスクドライ
ブ（ＨＤＤ）用のモータ等のような振れのない精密な回
転が要求されるモータに好適である。

【００１４】図２に本発明の動圧軸受装置をハードディ
スクドライブ用のスピンドルモータに適用した一例を示
す。ここで、図２にはモータの中心から右半分のみが示
されているが、左半分は右半分と対称なので図示を省略
する。

【００１５】このスピンドルモータは、磁性流体を潤滑
流体とする動圧軸受装置によってロータハブ９が回転自
在に支持されている。即ち、このスピンドルモータは、
動圧軸受装置の回転体を構成する筒状回転体１の外周に
ハブ９が圧入固定され、固定体を構成する固定軸５がフ
レーム３によって支持されて成る。ハブ９の内周にはロ
ータマグネット１０が固定され、これと対向するフレー
ム３の外周側にはステータコイル１１が固定され、これ
らロータマグネット１０とステータコイル１１とによっ
てモータが構成されている。また、固定軸５には軸方向
に着磁された環状の磁石１２が嵌合され、この磁石１２
の両磁極端面に接して透磁性材料からなる環状のラジア
ル軸受部材６，６が固定軸５に圧入固定されている。更
に、筒状回転体１の内周面に磁気シール１３，１４が設
けられている。そして、筒状回転体１とラジアル軸受部
材６，６、磁石１２及び固定軸５との間の隙間に磁性流
体７が充填されている。

【００１６】ここで、筒状回転体１およびラジアル軸受
部材６，６は透磁性材料で、固定軸５は非磁性材料から
なる。したがって、磁石１２によってラジアル軸受部材
６，６の外周面と筒状回転体１の内周面との間に磁性流
体７が吸着保持される。

【００１７】また、第１の磁気シール１３は、一方の軸
受部材６の端面に接するように固定軸５に圧入固定され
た軸方向着磁の環状磁石１５と、この磁石１５の端面に
接して固定軸５に圧入固定された磁極片としての環状の
シール板１６と、このシール板１６に対向して筒状回転
体１の内周面に設けられたシール板１７とから構成され
ている。したがって、シール板１６，１７相互の間に磁
性流体７が吸着保持される。

【００１８】また、第２の磁気シール１４は、筒状回転
体１の内周面に圧入固定された軸方向着磁の磁石１９
と、この磁石１９の両磁極端面に接して筒状回転体１の
内周面に圧入固定された磁極片としての１対の環状のシ
ール板２０，２０とから構成されている。したがって、
シール板２０，２０の間に磁性流体７が吸着保持され
る。尚、この第２の磁気シール１４の開放側には、磁性
流体漏洩防止用の環状の遮断板２１が固定軸５に圧入さ
れて設けられている。

【００１９】スラスト受板８は、透磁性材料のリングか
ら成り、モータ取付け用のアルミ製のフレーム３に埋設
されている。そして、このスラスト受板８の周辺には、
弾性体で形成された筒状のシール体２３が筒状回転体１
の外周を囲むように設けられている。このシール体２３
は軸受組立時に上端開口部のリップを利用して筒状回転
体１との間で磁性流体を密閉するものである。また、ス
ラスト受板８の上に、付勢手段としての環状の磁石４が
配置されている。磁性流体注入用の孔２４は磁性流体７
の注入後に接着剤２５などを利用して塞がれる。また、
ハブ９にはメディア・ハードデイスク（図示省略）が固
定される。

【００２０】上述のように構成されたスピンドルモータ
は、ステータ側の磁石４がハブ９を支持する筒状回転体
１をスラスト受板８の方向に吸引保持し、筒状回転体１
のスラスト方向の振れを抑制するので、メディアのスラ
スト方向への振れに起因するトラックずれなどを防止で
きる。また、磁性流体７を磁石４が吸着保持することに
よってステータコイル１１側に磁性流体７が流出するこ
とをも防止するので、ステータコイルやロータマグネッ
ト等に付着してモータ機能に支承をもたらしたり、磁性
流体７によってメディアが汚されたりすることがな
い。。このようにスラスト方向の振れ防止と磁性流体の
保持とを１つの磁石４で行うことができるので、コスト
的にも有利である。

【００２１】なお、上述の実施例は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の実施例ではラジアル軸受部材６，６
が固定軸５に固定されているが、筒状回転体１の内周面
にラジアル軸受部材６，６を固定してラジアル軸受部材
６，６の内周面が固定軸５と摺動するようにしてもよ
く、また筒状回転体１の更に外周にラジアル軸受部材
６，６を配置するようにしてもよい。

【００２２】また、筒状回転体１をスラスト受板８の方
向に付勢する付勢手段として上述した実施例では磁石４
を用いたが、バネ等を用いてもよい。更に潤滑流体とし
ては、主に磁性流体７を用いた例を挙げて説明したが、
これに特に限定されず、潤滑油を用いても良いし、スラ
スト受板８と筒状回転体１の端面との間にはラジアル軸
受部分とは異なる流体を採用しても良い。なお、潤滑流
体として磁性流体を使用しない場合などには、筒状回転
体１の全体が磁性材料から形成されてなくとも、少なく
とも磁石４によって吸着される部分が磁性材料から形成
されていればよい。また、本実施例のように筒状回転体
１とスラスト受板８との間に磁性流体７などの潤滑液体
が介在されている場合には、スラスト受板８に特に動圧
発生用のグルーブを形成しなくとも動圧が発生するが、
空気のような気体を用いてスラスト方向に動圧を発生さ
せる場合には、スラスト受板８に動圧発生用のグルーブ
を形成する必要がある。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の動圧軸受装置は、筒状回転体と、この筒状回転体の端
面を潤滑流体による動圧で支承するスラスト受板と、筒
状回転体をスラスト受板の方向に付勢する付勢手段とを
備え、筒状回転体の大径で周速の大きな端面でスラスト
方向に動圧を発生させるようにしているので、軸受装置
そのものを大形化しなくとも大きな動圧が発生して安定
回転すると共に付勢手段によって筒状回転体がスラスト
受板の方向に常時付勢されてスラスト荷重の増大が図ら
れ、筒状回転体のスラスト方向の変動が低減される。し
かも、筒状回転体の端面は大径であるので回転軸の端面
の摩耗程度が小さい。更に、筒状回転体は大径であるの
でラジアル軸受剛性が大きく、振れ周りが抑制される。

【００２４】また、本発明の動圧軸受装置において付勢
手段がスラスト受板に設けられた磁石から構成される場
合、磁石を設けるだけの簡単な構造で筒状回転体を磁力
による吸引によってスラスト受板側へ付勢できるととも
に潤滑流体として磁性流体を採用するときに該磁性流体
を筒状回転体の端面とスラスト受板との間に吸着保持さ
せて動圧を高め得る。しかも、磁路成形により磁性流体
がシールされるので、筒状回転体の端面とスラスト受板
との間から筒状回転体の外へ洩れ出る磁性流体が保持さ
れ、筒状回転体と磁石との間の隙間に閉じ込められると
同時に筒状回転体の端面とスラスト受板との間への磁性
流体の補給を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧軸受装置の原理を示す図面で、
（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は要部拡大図である。

【図２】本発明の動圧軸受装置をハードディスクドライ
ブ用のモータに適用した実施例の中心から右半分を示す
縦断面図である。

【図３】従来のスラスト動圧軸受装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 筒状回転体 ２ 筒状回転体の端面 ４ 付勢手段 ７ 磁性流体（動圧を発生させる流体） ８ スラスト受板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状回転体と、この筒状回転体の端面を
   動圧を利用して支持するスラスト受板と、前記筒状回転
   体をスラスト受板の方向に付勢する付勢手段とを備えた
   ことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 前記付勢手段はスラスト受板に設けられ
   た磁石からなり、前記筒状回転体を吸引することによっ
   て前記筒状回転体を前記スラスト受板に付勢することを
   特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 前記付勢手段の磁路形成により磁性流体
   のシールを行うことを特徴とする請求項１または２記載
   の動圧軸受装置。