JPH0765611B2 - 動圧型流体軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はディスク駆動装置等に用いるラジアル動圧型流
体軸受装置に関するものである。

従来の技術 近年、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディス
ク等、ディスク駆動装置の軽薄短小化が進む中、その心
臓部である回転主軸部においては、小型、高性能化を飛
躍的に進めるため、従来の玉軸受や真円すべり軸受に代
わって動圧型流体軸受を採用する動きがある。

以下図面を参照しながら、上記した従来の動圧型流体軸
受装置の一例について説明する。第８〜11図は、従来の
動圧型流体軸受装置の断面図を示すものである。第８図
において、１はフレーム、1Aはスリーブ、1Bは軸受穴、
1Cは通気穴、２はスラスト部材、2Aは通気穴、３は軸、
3A,3Bはヘリングボーングルーブ、3Cはピボット部、４
は潤滑剤、５はテーブル、６はモータ・ロータ、７はモ
ータ・ステータ、８はディスクである。

第９〜11図は他の従来例の断面図であるが、これらの従
来例には、第８図に示す通気穴がない。第９図におい
て、９はフレーム、9Aはスリーブ、10はスラスト部材、
11は潤滑剤であり、図８と同じである。13は軸、13A,13
Bはヘリングボーングルーブである。ヘリングボーング
ルーブ13A,13Bは、２組が、連結して設けられている。

第10図において、14はフレーム、14Aはスリーブ、15は
スラスト部材であり図８と同じである。16は軸、16Aは
ヘリングボーングルーブである。本従来のヘリングボー
ングルーブ16Aは、１組だけを、有している。

第11図において、17はフレーム、17Aはスリーブ、18は
スラスト部材であり図８と同じである。19は軸、19Aは
パラレルグルーブである。

以上のように構成された動圧型流体軸受装置について、
以下その動作を説明する。第８図において、モータ・ス
テータ７に通電されるとモータ・ロータ６は、軸３、テ
ーブル５、ディスク８を同時に回転させる。回転が始ま
るとヘリングボーングルーブ3A,3Bが、潤滑剤４にポン
ピング圧力を発生させる事により、スリーブ1Aに対して
無接触で高精度に回転する。軸３のピボット部3Cは、ス
ラスト部材２との間でピボット軸受を構成する。このよ
うにして回転させられたディスクは、図示しない磁気ヘ
ッド等によって電気信号の記録再生を行う。通気穴1Cお
よび2Aは、軸受穴1Bの中の空気を大気に解放し、圧力差
を生じさせないためのものである。

第９図〜第11図の動作については、第８図とほぼ同じで
あるが、第９図においてはヘリングボーングルーブ13A,
13Bがポンピング圧力を発生させ、第10図においてはヘ
リングボーングルーブ16Aが、第11図においてはパラレ
ルグルーブ19Aがポンピング圧力を発生させそれぞれの
スリーブ9A,14A,17Aに対して無接触で回転する。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では第８図に示す従来例
の場合は、通気穴1Cが必要であり、この通気穴1Cがない
と、低圧環境において膨張した空気が潤滑剤４を押し出
し、油切れが生じる可能性があること、また軸受スパン
が第８図中Ｌに対して、有効な、軸受長さ（またはグル
ーブの長さ）が１＋l2であり充分な軸受剛性が得られ
ないという問題があった。第９図〜第11図においては通
気穴は必要でないが、次に述べるように充分な軸受剛性
がでないという問題があった。

第９図においては、軸13が、回転を始めると潤滑剤11の
中に含まれていた気泡12A,12Bがヘリングボーングルー
ブ13A,13Bのポンピング作用の働きにより図中矢印の方
向へ、排出される。この排出作用により二組の連結する
ヘリングボーングルーブの中央部分の、図中l3にしめす
部分には帯状に、空気がたまり、軸受が潤滑剤により満
たされるのは、１＋l2だけであり充分な剛性が得られ
ないという問題を有していた。このときの発生圧力は、
同図の左に示すようになる。

10図においては、スリーブ14Aの部品精度が悪く、図中
θに示すテーパがある場合には軸16が回転を始めると、
ヘリングボーングルーブの全体は潤滑剤で満たされず、
図中ｌに示す部分だけが満たされる。これは、ヘリング
ボーングルーブの上半分は、半径隙間が大きく圧力が、
上がり難く、一方、下半分は、半径隙間が小さく圧力
が、上がり易いため、同図左に示すように圧力がバラン
スして安定してしまうためである。

第11図においては、軸19が回転を始めてもパラレルグル
ーブ19Aには気泡を排出する効果が無いため、気泡12C,1
2Dは、完全には排出されず、常に出たり入ったりし、潤
滑剤が軸受を充分みたさず常に多くの気泡が混入する状
態になるので、軸受の剛性は得られにくかった。

このように従来の軸受装置は、軸受スパンを極めて短く
し、装置の薄型化をはかる場合に剛性、とくに角度剛性
が不充分であり、大きい振れが発生しディスク駆動装置
等の性能が出ないという問題を有していた。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的な手段は、軸と、
スリーブと、前記軸の片端に当接するスラスト部材とを
備え、前記軸外周面又は前記スリーブの軸受内周面のい
ずれか一方には複数のヘリカルグルーブを軸方向に離間
して２組設けるとともに、前記２組のヘリカルグルーブ
の中間には複数のヘリングボーングルーブを設けてグル
ーブ群を形成し、前記グルーブ群には潤滑剤を保持せし
め、前記２組のヘリカルグルーブは前記軸の回転方向に
対して15度〜45度の角度を有し、前記ヘリングボーング
ルーブは、前記軸の回転方向に対し80度以上、90度未満
の角度を有するものである。

作用 本発明は上記した構成によって一組のグルーブ群のう
ち、２つのヘリングボーングルーブ部が、潤滑剤中の気
泡を排出しグルーブ部を潤滑剤で満たすとともに、中央
のヘリングボーングルーブが軸受穴の少々のテーパに対
しても潤滑剤で充分満たされるため、短い軸受スパンで
も高剛性で高精度な動圧型流体軸受装置が得られるもの
である。

実施例 以下本発明の一実施例の動圧型流体軸受装置について、
図面を参照しながら説明する。第１図は本発明の第１の
実施例における動圧型流体軸受装置の断面図を示すもの
である。第１図において、21はフレーム、21Aはスリー
ブ、21Bは軸受穴、22はスラスト部材、22Aは通気穴、23
は軸、23A,23Bはヘリカルグルーブ、23Cはヘリングボー
ングルーブ、24は潤滑剤、25はテーブル、26はモータ・
ロータ、27はモータ・ステータ、28はディスクである。

以上のように構成された動圧型流体軸受装置について、
以下第１図〜第４図を用いてその動作を説明する。まず
第１図は本発明第１の実施例であり、モータ・ステータ
27に通電されるとモータ・ロータ26は、軸23、テーブル
25、ディスク28を同時に回転させる。回転が始まるとヘ
リカルグルーブ23A,23Bとヘリングボーングルーブ23Cが
潤滑剤24にポンピング圧力を発生させることにより、ス
リーブ21Aに対して無接触で高精度に回転する。軸23の
ピボット部23Dは、スラスト部材22との間でピボット軸
受を構成し、スラスト荷重を受ける。この場合のスラス
ト荷重とは回転体（即ち軸23、テーブル25、モータ・ロ
ータ26、ディスク28）の自重と、モータ・ロータ26がモ
ータ・ステータ27を吸引する力の合計であり約500〜120
0g程度である。このようにして回転させられたディスク
28は、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドユニット
等により電気信号を記録再生する。通気穴22Aはピボッ
ト軸受部の空気を大気に解放し、圧力差を生じさせない
ようにして、潤滑剤24の流出を防止している。第２図に
おいて、軸23の回転中には潤滑剤24の中に含まれていた
気泡12E,12Fを２つのヘリカルグルーブ23A,23Bが排出す
る。これは比重の大きい潤滑剤24を比重の小さい気泡よ
りも、より強くポンピングするので、その結果として気
泡12E,12Fは排出されるものである。ヘリングボーング
ルーブ23Cに含まれている気泡12Gは、回転の始めには潤
滑剤の中に残っているが、次第にヘリングボーングルー
ブ23Cのポンピング力にり排出されて軸受の中の気泡は
なくなる。このようにして軸受は図中ｌに示す全体が潤
滑剤24で満たされ高い軸受剛性を発生する。このときの
圧力分布は第２図左部のようになる。

一般に軸受長さと軸受剛性の関係は、第３図に示すよう
に軸受長さが1/2×ｌより、その２倍のｌでは軸受剛性
は２倍よりも更に、例えば、３〜５倍程度に大きくな
る。従って第８図の従来例のように軸受が２つに分かれ
たものに比べてはるかに大きな剛性が得られる。このこ
とは短い軸受スパンで大きな剛性を出すための必修条件
である。第４図は軸受穴21Bに若干のテーパ（図中θ）
がある場合の図である。この場合もヘリカルグルーブ23
Bは一部分が、または、テーパの度合いが大きい場合は
そのほとんどを空気が覆うがヘリングボーングルーブ23
Cと、ヘリカルグルーブ23Aは、必ず潤滑剤により覆わ
れ、軸受として必要充分な剛性が得られる。

尚、２つのヘリカルグルーブ23A,23Bの角度β1,β２は
気泡の排出効果が大きくかつ軸受の回転安定性を高める
ため15度〜45度が選ばれている。また中央のヘリングボ
ーングルーブ23Cの角度αは、ポンピング作用と気泡の
排出効果を有する90度未満の角度であり、また軸受穴21
Bのテーパθに対して潤滑剤の不足が生じないよう80度
以上に設計され、即ち80度以上、90度未満の範囲内で決
定される。尚この種のヘリングボーングルーブは、回転
安定性を高くする目的からは、グルーブの角度を約30度
に設計するのが望ましいのであるが本発明においては、
前述の軸受穴のテーパに対する安定性を高めるために
は、グルーブの角度を80度〜90度未満にするのが良好で
あることが実験的に求められたものである。第５図は、
軸受穴21Bにθ＝0.002のテーパがある場合に周速約１メ
ートル／秒の実験条件において軸受穴21Bに保持された
潤滑剤の面積比率を表わしている。

以上のように本実施例によれば、２つのヘリカルグルー
ブの間に回転方向に対して大きい角度を有するヘリング
ボーングルーブを設けることにより軸受部のほとんど全
体が潤滑剤で満たされ、短い軸受スパンで充分な剛性を
得られるので、ディスク装置等の薄型化、高性能化が実
現できる。

以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら
説明する。第６図は第２の実施例の図である。同図にお
いて、35はスラスト部材、29は軸である。本実施例にお
いては、フレーム30と一体に設けられたスリーブ30Aの
内面に、ヘリカルグルーブ30D,30Eと、中央パラレルグ
ルーブ30Cが設けられているが、本実施例の特徴は、３
つのグルーブ30D,30C,30Eが一本に連続して設けられて
いることにある。

上記のように構成された動圧型流体軸受装置の動作につ
いては、第１図〜第５図に示す第１の実施例と同じであ
る。第２の実施例においては、第７図に示すようにフレ
ーム30の軸受穴30Bに、工具軸31、ボール32A,32B、ピン
33からなる加工工具34（日本公開特許公報昭61−6426）
に送り速度Ｖと、回転速度ωを与えながら挿入すること
により、連続する３つのグルーブ30D,30C,30Eのそれぞ
れを、連続的にそ性加工により形成できる。これが第１
図に示す第１の従来例の場合は、それぞれのグルーブを
連続的にそ性加工することができない。また３つのグル
ーブ30D,30C,30Eが一本に連結されていることにより、
ヘリングボーングルーブ30Cに混入していた気泡12Hは、
第１図の第１の実施例に比べてさらに排出され易くな
る。

以上のようにヘリカルグルーブ30Dとヘリングボーング
ルーブ30Cとヘリカルグルーブ30Eを、隣合わせに連結し
かつ、３つのグルーブを一本に連続して設けることによ
り、グルーブを、簡単かつ低コストに設けられ軸受に混
入した気泡もさらに排出され易くなる。

尚、第１の実施例において３つのグルーブ23A,23B,23C
を軸の外周面に設けたが、軸受穴21Bの内周面に設けて
もよい。

尚、第２の実施例において、３つのグルーブ30D,30C,30
Eはスリーブの内周面に設けられているが、軸29の外周
面に一本に連続して設けてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、２つのヘリカルグルーブの間に
回転方向に対して80度以上90度未満の角度を有するヘリ
ングボーングルーブを隣合せに連結して設けることによ
り、グルーブのほとんどの面積が安定して潤滑剤で満た
され、短い軸受スパンで剛性の高い、薄型で、高精度な
動圧型流体軸受装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における動圧型流体軸受
装置の断面図、第２図は第１図の要部断面図、第３図は
本発明動圧型流体軸受装置の軸受剛性説明図、第４図は
第１図の要部断面図、第５図は本発明の潤滑剤保持率に
関する実験結果説明図、第６図は本発明第２の実施例に
おける動圧型流体軸受装置の断面図、第７図は第６図に
示すグルーブの加工方法説明図、第８図は従来の動圧型
流体軸受装置の断面図、第９図，第10図，第11図は、そ
の他の従来の動圧型流体軸受装置の断面図である。 21,30……フレーム、21A,30A……スリーブ、22,35……
スラスト部材、23,29……軸、23A,23B,30D,30E……ヘリ
カルグルーブ、23C,30C……ヘリングボーングルーブ、2
4……潤滑剤、25……テーブル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸と、スリーブと、前記軸の片端に当接す
   るスラスト部材とを備え、前記軸外周面又は前記スリー
   ブの軸受内周面のいずれか一方には複数のヘリカルグル
   ーブを軸方向に離間して２組設けるとともに、前記２組
   のヘリカルグルーブの中間には複数のヘリングボーング
   ルーブを設けてグルーブ群を形成し、前記グルーブ群に
   は潤滑剤を保持せしめ、前記２組のヘリカルグルーブは
   前記軸の回転方向に対して15度〜45度の角度を有し、前
   記ヘリングボーングルーブは、前記軸の回転方向に対し
   80度以上、90度未満の角度を有する動圧型流体軸受装
   置。
2. 【請求項２】２組の複数のヘリカルグルーブの内各一本
   と、それらの中間に設けられる複数のヘリングボーング
   ルーブの内一本は、連続して一本に連なっており、前記
   複数の各ヘリカルグルーブと前記複数の各ヘリングボー
   ングルーブがそれぞれこの連続するグルーブを複数本形
   成して成る一組のグルーブ群を有する特許請求の範囲第
   １項記載の動圧型流体軸受装置。