JPH10184668A - 流体ベアリング装置 - Google Patents

流体ベアリング装置

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JPH10184668A
JPH10184668A JP9338915A JP33891597A JPH10184668A JP H10184668 A JPH10184668 A JP H10184668A JP 9338915 A JP9338915 A JP 9338915A JP 33891597 A JP33891597 A JP 33891597A JP H10184668 A JPH10184668 A JP H10184668A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラストベアリングの動圧発生溝に流入され
ないかまたは逆流される作動流体の漏泄を防止して回転
体の支持剛性を増大させた流体ベアリング装置を提供す
る。 【解決手段】 本体と、本体の上方に延長されて本体と
一体に形成されたベアリング部と、ベアリング部の上面
に形成されて回転体が回転する時所定動圧を発生させる
動圧発生部と、動圧発生部に引接して同一平面上に形成
されて、動圧発生部に流入された流体が動圧発生部の外
側に逆流されないように防止する流体逆流防止部とを具
備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は流体ベアリング装置
に係り、特に、回転体のスラスト荷重を支持するスラス
ト流体ベアリング装置において、スラスト荷重を支持す
るための流体圧を発生させる動圧発生溝と、この動圧発
生溝に流入された流体の逆流が発生する部分に逆流防止
動圧発生溝を形成して回転体の支持剛性を高めた流体ベ
アリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、コンピュータ、オーディオシステ
ム、映像機器等のような情報産業の技術力が増加するこ
とによってこれらの機器は小型化され、これによって一
層微細で精密な性能を持つ機器の部品が要求されてい
る。例えば、コンピュータの場合、記憶装置の一種であ
るハードディスクドライバ（ＨＤＤ）のスピンドルモー
タ、情報機器であるレーザプリンタのスキャニングモー
タ、オーディオシステムのレーザディスク及びコンパク
トディスクの映像及び音声信号を再生する時必要なディ
スク駆動モータ、映像機器の場合、ＶＣＲヘッド及びカ
ムコーダー駆動装置等は、共通的に駆動装置に結合され
ている軸とその軸により高速回転されて所望するデータ
の貯蔵及び探索、データ再生等の作業を実行する。
【０００３】この時、前記のような機器をより高性能化
させるためには高速回転が要求されて、この超高速回転
する回転体には附加的に非周期的な軸揺動か軸振動が発
生するようになる。前記のように超高速回転する軸に発
生する揺動か振動は精密に作動する機器に致命的な性能
低下を招来するから、前記のような機器には全べて超高
速回転による問題点を保安するため機械要素の中で一種
であるベアリングが使用されており、特に、高速回転に
適合で空気またはオイルを作動流体で使用する流体ベア
リング装置が凡用的に使用されている。
【０００４】図４は従来の流体ベアリング装置が適用さ
れたＶＴＲヘッド駆動装置を一例で示した断面図であ
る。図示のように、ＶＴＲヘッド駆動装置は、ＶＴＲテ
ープに記録された映像信号及び音声信号を判読するヘッ
ドチップ１０が設置された回転可能な上部ドラム２０
と、上部ドラム２０の回転中心と同一な中心を持ちその
外周面でＶＴＲテープと接触する固定された下部ドラム
３０と、軸４０に押込められて上部ドラム２０のスラス
ト荷重を支持するリング形状のスラストベアリング５０
と、ヘッドチップ１０が形成された上部ドラム２０を超
高速回転させるステータ６０とロータ７０とよりなる回
転力発生装置とを含んでなる。未説明符号４５は回転力
発生装置の一種であるステータ６０を結合するためのハ
ブである。
【０００５】図５は従来のスラストベアリングを示す平
面図で、流体圧力分布グラフが示されている。スラスト
ベアリング５０は軸４０が押込められる直径を持つよう
に貫通孔が中央に形成された円筒形状である。前記のよ
うに形成されたスラストベアリング５０の両面の中で上
部ドラム２０と接触する一側面には上部ドラム２０が高
速回転することにより流体が一定方向に集中して所定流
体圧力が発生するように動圧発生溝５０ｂが形成されて
いる。
【０００６】前記動圧発生溝５０ｂはスラストベアリン
グ５０の内径と外径の中央に形成された仮想の同心円
（一点鎖線で図面上に表示）上に折曲された折曲部５０
ａが形成されて、折曲部５０ａが持つ夾角は１８０°よ
り小さいように形成されることが好ましい。前記動圧発
生溝５０ｂの両端部の中で一側端部は内径まで延長され
て、他側端部は外径まで延長されて、スラストベアリン
グ５０の中心を基準で多数個が円形配列されている。
【０００７】このように形成された動圧発生溝５０ｂを
具備したＶＴＲ駆動装置の作用について説明する。上部
ドラム２０が回転力発生装置６０、７０により高速回転
することにより、スラストベアリング５０の上部面と上
部ドラム２０との間の作動流体（本発明では作動流体と
して粘性が大きいオイルを使用した）は境界摩擦により
上部ドラム２０の回転方向に沿って回転開始する。
【０００８】この時、回転する作動流体は、スラストベ
アリング５０の上面に形成された動圧発生溝５０ｂに所
定速度で流入されて、動圧発生溝５０ｂに流入された作
動流体は動圧発生溝５０ｂの両端部から折曲部５０ａ方
向に誘導される。このように両方向から一方向に方向が
可変された作動流体は、結局、折曲部５０ａで集中され
て折曲部５０ａ部分の流体圧力は急上昇する。
【０００９】この流体圧力の大きさは動圧発生溝５０ｂ
の個数及び面積、上部ドラム２０の回転速度によって比
例的に増加する。したがって、上部ドラム２０が回転開
始して一定速度で回転して動圧発生溝５０ｂで発生した
流体圧力が上部ドラム２０の荷重より大きくなった時、
上部ドラム２０はスラストベアリング５０から数μｍ離
隔された状態で定速、精密に回転できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、作動流体が境
界摩擦により回転する時、回転する流体の慣性及び円心
力により流体はスラストベアリングの中心からスラスト
ベアリングの円周側方向にその方向が転換されてスラス
トベアリングの動圧発生溝では作動流体が折曲部側に流
入されず、折曲部から動圧発生溝の端部側に逆流される
問題点があった。
【００１１】したがって、本発明は前記のような問題点
を解決するため案出されたもので、その目的は、スラス
トベアリングの動圧発生溝に流入されないかまたは逆流
される作動流体の漏泄を防止して回転体の支持剛性を増
大させた流体ベアリング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めの本発明の特徴によると、本体と、本体の上方に延長
されて前記本体と一体に形成されたベアリング部と、前
記ベアリング部の上面に形成されて回転体が回転する時
所定動圧を発生させる動圧発生部と、前記動圧発生部に
引接して同一平面上に形成されて、前記動圧発生部に流
入された流体が前記動圧発生部の外側に逆流されないよ
うに防止する流体逆流防止部とを含むことを特徴とす
る。
【００１３】好ましくは、前記流体逆流防止部は前記ベ
アリング部の中心部の周りに形成されて、前記動圧発生
部は前記流体逆流防止部の周りに形成されるかまたは動
圧発生部は前記ベアリング部の中心部の周りに形成され
て、前記流体逆流防止部は前記動圧発生部の周りに形成
される。好ましくは、前記流体逆流防止部と前記動圧発
生部は壁部により分離されるかまたは連通される。
【００１４】好ましくは、前記動圧発生部はスパイラル
形状の溝を含んみ、前記流体逆流防止部はヘリンボーン
形状の溝とスパイラル形状の溝または梯形溝とを含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添附図面を参照して本発明
による好ましい実施形態について詳細に説明する。但
し、従来と同一に部分については重複説明は省略し、同
一部分には同一符号を附与する。以下、本発明によるス
ラストベアリングの上面に形成された動圧発生溝の形状
について説明する。
【００１６】図１はＶＴＲヘッド駆動装置に適用された
本発明によるスラストベアリングの平面図とその流体圧
力分布グラフである。図示のように、本発明のスラスト
ベアリング２００は、ベアリング本体２２０と、ベアリ
ング本体２２０の上面に形成されてベアリング本体２２
０が回転する時動圧を発生する動圧発生部２５０と、動
圧発生部２５０に流入された流体が外部に漏出されるこ
とを防止する流体逆流防止部３００とを含む。
【００１７】また、ベアリング本体２２０は外形が所定
高さを持ち軸４０の直径より多少小さくて圧入される内
径を持つリング形状の円筒形状で、内径部分をＡ、外径
部分をＢと定義する。前記ベアリング本体２２０の上部
面にはベアリング本体２２０と接触された上部ドラム２
０の回転により所定動圧が発生する動圧発生部である第
１動圧発生溝２５０が形成されている。
【００１８】前記スラストベアリング２００に形成され
た第１動圧発生溝２５０の形状について詳細に説明する
と、ベアリング本体２２０の上部面には内径Ａより大き
く外径Ｂより小さい仮想の第１同心円であるＣと、第１
同心円Ｃの直径より大きく外径Ｂより小さく第２同心円
Ｄが形成される。また、第２同心円Ｄに多数個の第１動
圧発生溝２５０が形成されて、第１動圧発生溝２５０の
形成位置はベアリング本体２２０の中心を基準として一
定角度で多数個が円形配列されることが好ましい。
【００１９】ここで、第１動圧発生溝２５０はベアリン
グ本体２２０の上面またはスラストベアリングと接して
いる上部ドラムに形成しても関係なく、本発明では好ま
しくは、ベアリング本体２２０に第１動圧発生溝２５０
を形成した。第１動圧発生溝２５０の形成位置が決定さ
れると、外径Ｂと第１同心円Ｃとの夾角をβ°として、
ヘリンボーン形状で折曲部２５０ａが形成された第１動
圧発生溝２５０を形成して、折曲部２５０ａが第２同心
円Ｄに位置するように形成する。
【００２０】また、第１同心円Ｃと接する各々の第１動
圧発生溝２５０の端部に対応して上部ドラム２０の高速
回転による円心力により第１動圧発生溝２５０に流入さ
れず逆流して内径Ａ部分に作動流体が漏泄されることを
防止するため、第１動圧発生溝２５０の内側には流体逆
流防止部３００が形成される。前記第１動圧発生溝２５
０と逆流防止用動圧発生溝３００とは壁部により分離さ
れて、第１動圧発生溝２５０がヘリンボーン形状の動圧
発生溝である場合、逆流防止用動圧発生溝３００は壁部
により分離されず第１動圧発生溝２５０と逆流防止用動
圧発生溝３００を連通しても関係ない。
【００２１】このように第１動圧発生溝２５０と逆流防
止用動圧発生溝３００が形成された本発明によるスラス
トベアリングが適用されたＶＴＲヘッド駆動装置の作用
について説明する。前記軸４０に固定されたステータ６
０と回転する上部ドラム２０に形成されたロータ７０に
電源が印加されると、軸４０を中心で上部ドラム２０が
回転する時発生する摩擦を最小化するためスラストベア
リング２００の上面に形成されたヘリンボーン形状の第
１動圧発生溝２５０に作動流体が流入されて第１動圧発
生溝２５０の折曲部２５０ａを中心として第１動圧発生
溝２５０の両端から折曲部２５０ａ方向に所定流体が流
入される。
【００２２】この時、作動流体は第１動圧発生溝２５０
の一定方向に流入されるが、時間が経過するほど漸次加
速されて上部ドラム２０と類似な速度で回転するように
なる。この時、発生する流体の慣性及び流体の円心力に
より作動流体は第１動圧発生溝２５０から円心力作用方
向に逆流して漏泄されるから、それを防止するため流体
ベアリング装置は逆流防止動圧発生溝３００を必要とす
る。
【００２３】前記逆流防止動圧発生溝３００は、作動流
体を内径Ａから外径Ｂ方向の一定方向にだけポンピング
して逆流防止動圧発生溝３００と第１動圧発生溝２５０
の端部側に送出することにより、第１動圧発生溝２５０
から逆流される流体による剛性損失が最小化できる。未
説明流体圧グラフは第１動圧発生溝２５０と逆流防止動
圧発生溝３００により発生した流体圧分布を示す。この
時、上部ドラム２０は最大流体圧領域であるＰｍａｘに
よりスラストベアリング２５０から数μｍ離隔された状
態で回転する。
【００２４】図２及び図３は本発明による他の実施形態
を示すもので、スラスト荷重を支持するスラストベアリ
ングの上面を二つの区域で仮想分割してこれらの中でス
ラストベアリングの内側領域に折曲部が形成されたヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝に関するものである。前記ヘ
リンボーン形状の動圧発生溝の両端部の中で内側領域と
外側領域との境界に位置した一側端部にスパイラル形状
の動圧発生溝を連結することにより、ヘリンボーン形状
の動圧発生溝で発生する流体の逆流による漏泄を防止す
る。これについて添附図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】図２及び図３は本発明による他の実施形態
を示すスラストベアリングの平面図である。図２に図示
されたスラストベアリング４６０は、ベアリング本体３
３０と、ベアリング本体３３０の中心から所定間隔が離
隔された位置に形成された第１動圧発生溝３１０と、逆
流防止用動圧発生溝３２０とで構成されている。ここ
で、前記第１動圧発生溝３１０はヘリンボーン形状の動
圧発生溝であり、ヘリンボーン形状の動圧発生溝３１０
の端部と連通されて流体の逆流を防止する逆流防止用動
圧発生溝３２０はスパイラル形状の動圧発生溝である。
【００２６】前記スラストベアリング４６０のベアリン
グ本体３３０に形成された中心Ｏから所定距離が離隔さ
れた位置に仮想同心円Ｇを形成して、仮想同心円Ｇから
外径方向に所定間隔が離隔されたところに仮想同心円Ｅ
を形成して、Ｇ，Ｅの中間部分に同心円Ｆを形成する。
また、ＧとＥとの間にはヘリンボーン形状の動圧発生溝
３１０を位置させて、このヘリンボーン形状の第１動圧
発生溝３１０のＦ線上に折曲部３１０ａを形成して折曲
部３１０ａで最大流体圧力が発生されるようにする。こ
こで、ヘリンボーン形状の第１動圧発生溝３１０の両端
部は
【００２７】
【外１】
【００２８】になる。次に、Ｅ線上まで形成された各々
のヘリンボーン形状の動圧発生溝３１０の端部である
【００２９】
【外２】
【００３０】にはスパイラル形状の動圧発生溝３２０が
ヘリンボーン形状の動圧発生溝３１０と同一な深さ、同
一な面積で接続されて、このスパイラル形状の動圧発生
溝３２０はスパイラル形状でスラストベアリング４６０
の円周まで延長形成される。ここで、スラストベアリン
グ４６０に形成されたヘリンボーン形状の動圧発生溝３
１０とスパイラル形状の動圧発生溝３２０が第１動圧発
生溝になり、この中でスパイラル形状の動圧発生溝３２
０はヘリンボーン形状の動圧発生溝３１０から所定流体
圧が発生することを妨害する流体の逆流を防止する役割
をする逆流防止用動圧発生溝の役割をする。
【００３１】このように逆流防止用動圧発生溝３２０が
形成されたスラストベアリングの作用について添附図面
を参照して説明する。ステータ（図示せず）とロータ
（図示せず）に電源が印加されてロータが回転開始する
と、ロータに結合された上部ドラム２０も回転する。こ
の時、上部ドラム２０の回転速度に対応してスラストベ
アリング４６０のベアリング本体３３０の上部と軸４０
との間にはベアリング本体３３０と軸４０の境界摩擦に
より軸４０の回転方向に流体の回転が発生する。
【００３２】この流体はスラストベアリング４６０に形
成されて逆流を防止するように一方向に流体を移送する
スパイラル形状の動圧発生溝３２０と、スパイラル形状
の動圧発生溝３２０から一方向に移送された流体をヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝３１０の折曲部３１０ａ部分
で集中するようにしてこの折曲部３１０ａ部分でヘッド
流体圧が発生して、前記ヘッド流体圧により上部ドラム
２０はスラストベアリング４６０のベアリング本体３３
０から浮上して、軸４０とスラストベアリング４６０は
無接触回転する。
【００３３】この時、ベアリング本体３３０の円周側に
円形で配列されたスパイラル形状の動圧発生溝３２０は
作動流体をヘリンボーン形状の動圧発生溝３１０の端部
にポンピングする役割をして、ヘリンボーン形状の動圧
発生溝３１０から流体の高速回転による慣性及び円心力
によりヘリンボーン形状の動圧発生溝３１０の折曲部３
１０ａに集中されず逆流される流体の漏泄を防止して、
さらに流体力学的設計によりヘリンボーン形状の動圧発
生溝３１０に多量の作動流体を供給するようにすること
もできる。
【００３４】このように作動流体の逆流を防止した状態
でスパイラル形状の動圧発生溝３２０からヘリンボーン
形状の動圧発生溝３１０に供給された作動流体は、ヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝３１０の折曲部３１０ａで集
中して最高流体圧力が発生する。また、図３では、ヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝５１０とスパイラル形状の動
圧発生溝５２０が相互接続して連通されて、ヘリンボー
ン形状の動圧発生溝５１０とスパイラル形状の動圧発生
溝５２０が相互接続される部分を間隔ｔほど不連続的に
形成したもので、前述の実施形態と同一な効果が得られ
る。
【００３５】
【発明の效果】以上のように、本発明による流体ベアリ
ング装置によると、スラストベアリングにより支持され
る支持対象物とスラストベアリングとの中でいずれの一
側にヘリンボーン及びスパイラル形状の流体圧発生部を
形成して、このヘリンボーン及びスパイラル形状の流体
圧発生部の中で一部分を切断するかヘリンボーン流体圧
発生部の端部にスパイラル形状の流体圧発生部を連結し
て、流体圧を発生させる作動流体が高速で回転する時発
生する作動流体の漏泄及び逆流を防止することにより回
転体の支持剛性を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による本発明によるスラストベアリング
の平面図及びそれによる流体圧力分布グラフである。
【図２】本発明の他の実施形態によるスラストベアリン
グを示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるスラストベアリン
グを示す平面図である。
【図４】従来のＶＴＲ駆動装置を示す断面図である。
【図５】従来のスラストベアリングの平面図及びそれに
よる流体圧力分布グラフである。
【符号の説明】
１０ ヘッドチップ ２０ 上部ドラム ３０ 下部ドラム ４０，４３０ 軸 ５０，２００，４６０ スラストベアリング ５０ａ，２５０ａ，３１０ａ 折曲部 ５０ｂ 動圧発生溝 ６０ ステータ ２２０，３３０ ベアリング本体 ２５０，３１０ 第１動圧発生溝 ３００，３２０ 逆流防止用動圧発生溝 ５１０ ヘリンボ−ン形状の動圧発生溝 ５２０ スパイラル形状の動圧発生溝

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】本体と、 前記本体の上面から上方に延長されて、前記本体と一体
    に形成されたベアリング部と、 前記ベアリング部の上面に形成されて、回転体が回転す
    る時所定動圧を発生させる動圧発生部と、 前記動圧発生部に引接して同一平面上に形成されて、前
    記動圧発生部に流入される流体が前記動圧発生部の外側
    に逆流されないように防止する流体逆流防止部とを含む
    ことを特徴とする流体ベアリング装置。
  2. 【請求項２】前記流体逆流防止部は前記ベアリング部の
    中心部の周りに形成されて、前記動圧発生部は前記流体
    逆流防止部の周りに形成されることを特徴とする請求項
    １記載の流体ベアリング装置。
  3. 【請求項３】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部は壁
    部により分離されることを特徴とする請求項２記載の流
    体ベアリング装置。
  4. 【請求項４】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部とは
    連通されることを特徴とする請求項２記載の流体ベアリ
    ング装置。
  5. 【請求項５】前記動圧発生部は前記ベアリングの中心部
    の周りに形成されて、前記流体逆流発生部は動圧発生部
    の周りに形成されることを特徴とする請求項１記載の流
    体ベアリング装置。
  6. 【請求項６】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部は壁
    部により分離されることを特徴とする請求項５記載の流
    体ベアリング装置。
  7. 【請求項７】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部は連
    通されることを特徴とする請求項５記載の流体ベアリン
    グ装置。
  8. 【請求項８】前記動圧発生部はスパイラル形状の溝を含
    むことを特徴とする請求項１記載の流体ベアリング装
    置。
  9. 【請求項９】前記流体逆流防止部はスパイラル形状の溝
    を含むことを特徴とする請求項８記載の流体ベアリング
    装置。
  10. 【請求項１０】前記流体逆流防止部はヘリンボーン形状
    の溝を含むことを特徴とする請求項１記載の流体ベアリ
    ング装置。
  11. 【請求項１１】前記流体逆流防止部はスパイラル形状の
    溝を含むことを特徴とする請求項１０記載の流体ベアリ
    ング装置。
  12. 【請求項１２】前記流体逆流防止部は梯形溝を含むこと
    を特徴とする請求項１１記載の流体ベアリング装置。
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