JPH087463A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で、環境温度変化に伴う動圧力及
び軸受ロスの変動を減少することを可能とするととも
に、常に正常な軸受クリアランスを得ることを可能とす
る。 【構成】 軸受２４及びこの軸受を固定する嵌合部材２
２の少なくとも一方を、体積磁気歪みが熱膨張を打ち消
す方向に働いて線膨張係数が軸の線膨張係数より小さく
なる鉄系合金より形成するとともに、軸受２４及びその
嵌合部材２２の少なくとも一方側に、軸受２４の軸受面
を均一な温度変化状態に維持する応力分散手段２４ａを
設け、上記軸受２４と嵌合部材２２との間の接合面に温
度変化に伴い生じようとする応力集中による軸受面の不
均一性を回避するように構成したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の動圧を利用した
流体軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、流体軸受装置によって軸と軸
受とを相対的に回転可能に支承するように構成した回転
体の駆動装置が種々知られている。例えばディスク駆動
用のスピンドルモータにおいては、ＳＵＳ材と同系統若
しくは銅合金等よりなるラジアル滑り軸受と、ＳＵＳ材
等よりなる軸との間に、オイル等の潤滑油（軸受流体）
を充填しておき、その軸受流体の動圧により非接触摺動
部を形成して、上記軸と軸受とを相対回転可能に支承し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の如く
軸をＳＵＳ材より形成し、メタルをＳＵＳ材と同系統若
しくは銅合金より形成した流体軸受装置にあっては、環
境温度変化に伴う軸受流体の粘性変化の影響を強く受け
る。例えば、軸の直径を４ｍｍとし、軸受隙間を４μ
ｍ、環境温度変化を常温の±３０°Ｃとすると、軸受流
体が通常のオイルである場合には、その粘度は高温側で
は常温時の約１／３倍になり、また低温側では約３倍と
なる。

【０００４】一方軸受流体の動圧力は、軸とメタルとの
間の隙間の自乗に反比例し、軸受流体の粘度に比例する
という関係がある。従って仮に粘度だけの影響を受ける
とすると、高温時における動圧力は１／３に低下してし
まうことになる。

【０００５】また軸受ロス（粘性抵抗）は隙間に反比例
し、粘度に比例するという関係がある。従って仮に粘度
だけの影響を受けるとすると、低温時に軸受ロスは３倍
に増大してしまうことになる。

【０００６】このときラジアル滑り軸受をセラミックよ
り形成すれば、上記問題点、すなわち高温時の動圧力の
低下及び低温時の軸受ロスの増大を防止することができ
るが、セラミックを用いての軸受加工は複雑であり、軸
受が高価になってしまうという問題がある。また寸法精
度が出し難いという問題点もある。

【０００７】そこで本発明は、簡易な構成で、環境温度
変化に伴う動圧力及び軸受ロスの変動を良好に減少させ
ることができ、加えて、環境温度変化にかかわらず軸受
機能を良好に維持することができるようにした流体軸受
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の流体軸受装置は、所定の嵌合部材に固定された
軸受と、当該軸受の軸受面内に軸受流体を介して挿入さ
れた軸とを、上記軸受流体の動圧によって相対的に回転
可能に支承してなる流体軸受装置において、前記軸受及
び嵌合部材の少なくとも一方を、体積磁気歪みが熱膨張
を打ち消して線膨張係数が前記軸の線膨張係数より小さ
くなる鉄系合金より形成するとともに、これら軸受及び
嵌合部材の少なくとも一方に、前記軸受の軸受面を均一
な温度変化状態に維持する応力分散手段を設けてなる構
成を有している。

【０００９】

【作用】このような流体軸受装置によれば、軸受及びこ
の軸受を固定する嵌合部材の少なくとも一方が鉄系合金
より形成されることによって、その鉄系合金の体積磁気
歪みが熱膨張を打ち消す方向に働き、その結果、線膨張
係数が軸の線膨張係数より小さくなる。従って、軸受隙
間は、高温時には狭められ、低温時には広げられる。

【００１０】またこのような温度変化を生じた場合に
は、軸受と嵌合部材との間の接合面の例えば軸方向端面
部に応力集中が生じ、その応力集中によって軸受面が湾
曲されて軸受面の均一性が阻害されようとする。しかし
ながら本発明では、切欠等の応力分散手段によって上述
した応力集中が回避され、これにより軸受面の均一性が
良好に維持され、常に正常な軸受クリアランスが得られ
るようになっている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を軸回転型のＨＤＤスピンドル
モータに適用した実施例について図面に基づき説明す
る。

【００１２】図１に示されているＨＤＤスピンドルモー
タは、フレーム１側に組み付けられた固定部材としての
ステータ組２と、このステータ組２に対して、図示上側
から積層状に組み付けられた回転部材としてのロータ組
３とから構成されている。このうちステータ組２を構成
しているステータコア２１は、上記フレーム１の略中心
位置に立設された略円筒状の軸受ホルダー（嵌合部材）
２２の外周部に嵌着されており、当該ステータコア２１
の突極部に巻線２３が巻回されている。

【００１３】また上記軸受ホルダー（嵌合部材）２２の
内周部には、一体形成されたラジアル滑り軸受２４，２
４が、軸方向に所定間隔離して嵌合・固定されており、
それら一対のラジアル滑り軸受２４，２４によって、回
転軸３１が回転自在に支承されている。上記両ラジアル
滑り軸受２４，２４の内周面は、回転軸３１の外周面に
対して、所定の潤滑材からなる軸受流体を介して非接触
摺動部を構成している。すなわち上記各ラジアル滑り軸
受２４の内周面と回転軸３１の外周面とによってラジア
ル方向の動圧滑り面が構成されているとともに、上記回
転軸３１の外周面に、動圧発生手段として、例えばヘリ
ングボーン状の動圧発生溝が複数個適所に形成されてい
る。

【００１４】このとき上記回転軸３１は、ＳＵＳ材等か
ら形成されているとともに、前記ラジアル滑り軸受２４
は、線膨張係数が前記回転軸３１の線膨張係数より小さ
くなる鉄系合金より形成されている。このラジアル滑り
軸受２４の鉄系合金としては例えばＳＵＰＥＲ−ＩＮＶ
ＡＲ（３２％Ｎｉ−５％Ｃｏ−Ｆｅ）が採用されてい
る。このＳＵＰＥＲ−ＩＮＶＡＲは、体積磁気歪みが熱
膨張を打ち消す方向に働く特性を有しており、その結
果、線膨張係数が上記回転軸３１（ＳＵＳ材）の線膨張
係数１５ｐｐｍより小さい０．１ｐｐｍとなっている。

【００１５】さらに上記ラジアル滑り軸受２４には、応
力分散手段としての切欠２４ａが形成されている。この
切欠２４ａは、ラジアル滑り軸受２４の軸受面を環境温
度変化に対して均一な面状態に維持するためのものであ
って、上記軸受ホルダー（嵌合部材）２２との関係で、
温度変化時に応力集中を生じ易いラジアル滑り軸受２４
の軸方向内側端面（図示下端面）に凹設されている。本
実施例における切欠２４ａは、横断面略半円状に形成さ
れている。

【００１６】さらに前記回転軸３１の先端部（図示下側
部）は、前記軸受ホルダー２２の図示下端側の開口部を
覆うスラスト受板２５に摺動可能に滑り接触されてお
り、これら回転軸３１の先端面とスラスト受板２５の受
面とによって、スラスト方向の動圧滑り面が構成されて
いる。また上記回転軸３１の先端部分には、鍔状の抜止
板３２が固着されており、この抜止板３２によってロー
タ組３の全体がステータ組２側から脱落しないようにな
っている。

【００１７】一方、上記回転軸３１の軸方向外側端（図
示上側端）には、前記ロータ組３を構成するハブ３３が
一体に回転するように固定されている。上記ハブ３３
は、複数体の磁気ディスク３４を外周部に装着する略円
筒形状の胴部３３ａを有しているとともに、この胴部３
３ａの図示下端縁に鍔状の取付部３３ｂに、バックヨー
ク３５を介して駆動マグネット３６が環状に装着されて
いる。上記駆動マグネット３６は、前記ステータコア２
１の外周端面に対して環状に対向するように近接配置さ
れている。

【００１８】また上記軸受ホルダー２２の図示上端側の
開口部分には、前述した軸受流体の流出を防止するため
の磁性流体シール２６が配置されている。この磁性流体
シール２６は、軸受ホルダー２２の内周壁に対して環状
に取り付けられた磁石体２６ａを有しているとともに、
その環状磁石体２６ａの軸方向両端面に、一対のポール
ピース２６ｂ，２６ｂが取り付けられている。そしてこ
れらの各ポールピース２６ｂ，２６ｂの内周端縁と、前
記回転軸３１の外周面との間に、磁性流体２６ｃ，２６
ｃが保持されており、これらの各磁性流体２６ｃによっ
て、前述した軸受流体のシール機能が得られるように構
成されている。

【００１９】上述したように本実施例においては、ラジ
アル滑り軸受２４を、体積磁気歪みが熱膨張を打ち消し
て線膨張係数が前記軸の線膨張係数より小さくなる鉄系
合金より形成しているので、軸受隙間が高温時には狭め
られ、一方低温時には広げられるようになっている。

【００２０】例えば、本願発明者は、前述したＳＵＰＥ
Ｒ−ＩＮＶＡＲより形成されたラジアル滑り軸受２４を
用いて、回転軸３１の直径が４ｍｍ、軸受隙間が４μ
ｍ、環境温度変化が常温の±３０°Ｃの条件で実験を行
った結果、高温側での軸受隙間が２．２μｍ（＜常温で
の軸受隙間：４μｍ）となり、動圧力が軸受隙間の自乗
に反比例して動圧力の低下は殆どなくなることを確認す
ることができた。

【００２１】一方低温側での軸受隙間は、５．８μｍ
（＞常温での軸受隙間：４μｍ）となり、軸受ロスが軸
受隙間に反比例することから、軸受ロスの増大は約２倍
（＜従来：約３倍）程度に抑えられるようになった。

【００２２】このように本実施例においては、軸受隙間
が高温時には狭められて動圧力の低下が殆どなくなり、
一方低温時には広げられて軸受ロスの増大が抑えられる
ようになり、従って環境温度変化に伴う動圧力及び軸受
ロスの変動を減少することが可能となっている。

【００２３】一方、このような環境温度の変化に伴い、
ラジアル滑り軸受２４と軸受ホルダー（嵌合部材）２２
との間の接合面には、特に軸方向端面部に応力集中が生
じようとし、その応力集中によってラジアル滑り軸受２
４の軸受面が湾曲され軸受面の均一性が阻害されるおそ
れがある。しかしながら本実施例では、ラジアル滑り軸
受２４に、応力分散手段として切欠２４ａが設けられて
おり、その切欠２４ａによって、上述した応力集中が回
避され歪の吸収が行われる。その結果、軸受面の均一性
は良好に維持され、常に正常な軸受クリアランスが得ら
れるようになっている。

【００２４】なお上述したラジアル滑り軸受２４は、圧
力をかけてＳＵＰＥＲ−ＩＮＶＡＲの粉末を固めた後、
例えば８００°〜９００°Ｃ程度の高温で粉末表面が溶
ける程度に焼成・固化する所謂粉末冶金工法にて成形さ
れており、従ってラジアル滑り軸受２４は、簡易に成形
され、かつその寸法精度が高精度に出されるようになっ
ている。

【００２５】またラジアル滑り軸受２４は、ＳＵＰＥＲ
−ＩＮＶＡＲの粉末をポリエチレン系樹脂からなるバイ
ンダーと混練した後、所定の形状の金型に射出成形して
中間体を作り、この中間体を、例えば１０００°Ｃ以上
の高温で焼成、固化する所謂メタルインジェクションモ
ールド工法にて成形することも可能である。

【００２６】次に、上記第１実施例における応力分散手
段としての切欠（符号２４ａ）と同様な作用・効果を有
する応力分散手段の他の実施例（図２ないし図７）を説
明する。

【００２７】まず各実施例とも、ラジアル滑り軸受２４
及び軸受ホルダー（嵌合部材）２２との軸方向端面（図
示上端面）が、軸方向において略一致する位置に配置さ
れており、これによって応力分散手段が構成されてい
る。

【００２８】そしてこれに加えて図２（ａ）に示されて
いる実施例においては、ラジアル滑り軸受２４の軸方向
端面（図示下端面）に、横断面略三角形状の切欠３４ａ
が凹設されており、また図２（ｂ）に示されている実施
例では、一対の横断面略三角形状の切欠４４ａ，４４ａ
が半径方向に並設されている。

【００２９】さらに図３に示されている実施例では、ラ
ジアル滑り軸受２４と軸受ホルダー（嵌合部材）２２と
の接合部において、軸受ホルダー（嵌合部材）２２が厚
肉状に形成されており、これよって応力分散手段５４ａ
が構成されている。

【００３０】さらにまた図４に示されている実施例で
は、ラジアル滑り軸受２４の軸方向内側端面（図示下端
面）がテーパ面６４ａに形成されることによって応力分
散手段が構成されている。

【００３１】一方、図５（ａ）及び（ｂ）に示されてい
る実施例は、ラジアル滑り軸受２４の軸受面のうち応力
集中を生じる部分、すなわち当該ラジアル滑り軸受２４
の軸方向内側端（図示下端）に相当する部分を、軸受面
として用いないように構成したものであって、図５
（ａ）に示されている実施例では、ラジアル滑り軸受２
４の軸方向内側端（図示下端）に三角状の切欠７４ａが
設けられているとともに、図５（ｂ）に示されている実
施例では、ラジアル滑り受２４の軸方向内側端（図示下
端）に矩形状の切欠８４ａが設けられている。

【００３２】また図６に示されている実施例では、ラジ
アル滑り軸受２４の軸方向端面（図示下端面）に、当該
ラジアル滑り軸受２４を構成している鉄系合金と同じ
か、あるいは線膨張係数がそれに近い材料からなる補強
部材９４ａが、応力分散手段として接着されている。

【００３３】さらに図７に示されている実施例では、軸
受ホルダー（嵌合部材）２２に、応力分散手段としての
切欠１０４ａが凹設されている。この切欠１０４ａは、
その内壁面が、ラジアル滑り軸受２４の軸方向端面（図
示下端面）と一致し面一となるように形成されており、
そこで応力集中による歪が吸収されるようになってい
る。

【００３４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。例えば
軸受側の形成材は、上記実施例のものに限定されるもの
ではなく、ＩＮＶＡＲ（３６％Ｎｉ−Ｆｅ）等、体積磁
気歪みが熱膨張を打ち消す方向に働き、その結果線膨張
係数が軸の線膨張係数より小さくなる鉄系合金であれば
他のものであっても良い。

【００３５】またラジアル滑り軸受２４の材質は従来と
同じとしたままで、ラジアル滑り軸受２４を固定する軸
受ホルダー（嵌合部材）２２を、ＩＮＶＡＲやＳＵＰＥ
Ｒ−ＩＮＶＡＲ等の体積磁気歪みが熱膨張を打ち消す方
向に働き、その結果線膨張係数が軸の線膨張係数より小
さくなる鉄系合金より形成しても良く、そのように構成
しても同様な効果を得ることができる。またラジアル滑
り軸受２４及び軸受ホルダー（嵌合部材）２２の両方共
に、上記鉄系合金より形成しても同様な効果を得ること
ができるというのはいうまでもない。

【００３６】また動圧発生手段としては、上述したヘリ
ングボーン状のものに限定されることはなく、例えば特
公昭６３−６０２４７号公報記載のようにスパイラル状
の溝であっても良い。また動圧発生手段は、軸受側に形
成することも可能である。さらに動圧発生手段としては
溝状のものに限定されるものではなく、例えば特開平３
−１０７６１２号公報や実開平３−９６４２６号公報記
載のように回転体または非回転体の何れか一方に回転体
支承用の突出部を設け、この突出部との間に楔状の隙間
を形成して動圧効果を生じさせるようにしたものであっ
ても良い。

【００３７】また上記実施例においては、軸回転型のモ
ータに対する適用例が述べられているが、軸固定型のモ
ータに対しても勿論適用可能である。

【００３８】さらにまた上記実施例においては、磁気デ
ィスク駆動用のスピンドルモータに適用された流体軸受
装置の例が述べられているが、本流体軸受装置は他のモ
ータに対しても同様に適用できるというのはいうまでも
ない。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の流体軸受装
置は、軸受及びこの軸受を固定する嵌合部材の少なくと
も一方を、体積磁気歪みが熱膨張を打ち消す方向に働い
て線膨張係数が軸の線膨張係数より小さくなる鉄系合金
より形成し、軸受隙間が高温時には狭められ、一方低温
時には広げられるように構成したので、環境温度変化に
伴う動圧力及び軸受ロスの変動を減少することが可能と
なる。

【００４０】さらに本発明の流体軸受装置では、軸受及
び当該軸受の嵌合部材の少なくとも一方側に、軸受の軸
受面を均一な温度変化状態に維持する応力分散手段を設
け、上記軸受と嵌合部材との間の接合面に温度変化に伴
い生じようとする応力集中による軸受面の不均一性を回
避するように構成したものであるから、温度変化にかか
わらず軸受面の均一性を良好に維持し、常に正常な軸受
クリアランスを得ることができ、流体軸受装置の信頼性
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における流体軸受装置が適用
された回転体の駆動装置の一例を表した半横断面説明図
である。

【図２】本発明の他の実施例における流体軸受装置の要
部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例における流体軸受装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例における流体軸受装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例における流体軸受装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例における流体軸受装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例における流体軸受装
置の要部を表した部分拡大横断面説明図である。

【符号の説明】

２２ 軸受ホルダー（嵌合部材） ２４ ラジアル滑り軸受 ２４ａ〜１０４ａ 切欠（応力分散手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の嵌合部材に固定された軸受と、当
   該軸受の軸受面内に軸受流体を介して挿入された軸と
   を、上記軸受流体の動圧によって相対的に回転可能に支
   承してなる流体軸受装置において、 前記軸受及び嵌合部材の少なくとも一方を、体積磁気歪
   みが熱膨張を打ち消して線膨張係数が前記軸の線膨張係
   数より小さくなる鉄系合金より形成するとともに、 これら軸受及び嵌合部材の少なくとも一方に、前記軸受
   の軸受面を均一な温度変化状態に維持する応力分散手段
   を設けたことを特徴とする流体軸受装置。
2. 【請求項２】 応力分散手段は、切欠からなることを特
   徴とする請求項１記載の流体軸受装置。
3. 【請求項３】 軸受及び軸受ホルダーの軸方向端面を、
   軸方向において略一致する位置に配置して応力分散手段
   を構成したことを特徴とする請求項１記載の流体軸受装
   置。