JPH11241720A

JPH11241720A - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JPH11241720A
Application number: JP13200898A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Asai; 拡光浅井; Yoichiro Sugimori; 庸一郎杉森
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受すきまの潤滑油の充填を確実にし、漏出
せず、さらに軸の浮上がないスピンドルモータ用動圧軸
受装置を提供する。【解決手段】円筒状の軸受部材４は、円筒状孔１３の
底部に設けられたスラスト軸受面１２と、ラジアル軸受
面１０と、開口部に設けられてラジアル軸受面１０より
大径の潤滑油溜まり８とを有し、円筒状孔１３に配設し
た軸７はラジアル軸受面１０にラジアル軸受すきまを介
して対向するラジアル受面６と、スラスト軸受面１２に
対向するスラスト受面１１とを有している。軸受部材４
はラジアル軸受すきまより底部側が密閉され、ラジアル
軸受面１０とラジアル受面６との少なくとも一方に設け
た動圧発生用の溝１４が軸受部材と軸との間の潤滑油を
開口部側へ流動させる方向の力を発生させる動圧軸受装
置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は情報機器、音響機器、
映像機器用スピンドルモータ、特に光ディスク装置や磁
気ディスク装置に最適なスピンドルモータ用動圧軸受装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような装置には、すべり軸
受、玉軸受を使用した軸受装置が用いられていたが、近
年、データの高速転送化の要求により、ますます回転体
（軸）が高速回転化の傾向にあり、これに伴い、遠心力
の影響を受け回転体の振れ回りが大きくなってしまうと
いう問題が生じる。そこで振れ回り量を小さく抑えるた
め動圧軸受を使用した動圧軸受装置（動圧スピンドルモ
ータ）が使用される様になってきた。

【０００３】従来の動圧軸受装置の構成図が、図８に断
面図で示されている。図９は、図８の軸受部材の拡大図
である。この従来例において、軸受部材４は金属製のス
リーブ２及びスラスト軸受部材３から成る円筒状孔１３
を形成し、スリーブ２は内径面９を有し、スリーブ内径
面９には動圧発生用の溝１４が設けられてラジアル軸受
面１０となっている。スリーブ２に接続するスラスト軸
受部材３において円筒状孔１３の一部を形成するスラス
ト軸受面１２は凸球面状であり接触摺動する滑り軸受と
なっている。スラスト軸受面１２の底部には空気抜き穴
５が設けられている。軸７にターンテーブル１５を取り
付け、ロータ１８及びステータ１９で駆動する。

【０００４】動圧発生用の溝１４においては、屈曲部よ
り開口部側の軸方向長さをＡ、Ｃとし、屈曲部より底部
側の軸方向長さをＢ、Ｄとするとき、Ａ＞Ｂ、Ｃ＞Ｄ、
Ａ＋Ｃ＞Ｂ＋Ｄと軸方向に非対称となっている。これ
は、アキシアル負荷容量を発生させることにより、軸７
（ロータ）が浮上する方向にスラスト力を発生させ、軸
受部（特にラジアル軸受下方及びスラスト軸受）が負圧
になるのを避けるためである。というのは、軸受部が負
圧になるとホワール（軸の振れ回り）等が起き軸受性能
の低下をもたらすからである。

【０００５】一方、スラスト軸受面１２の一端に空気抜
き穴５を設けたので、軸受への軸７挿入時、空気抜き穴
５から潤滑油が漏れるため潤滑油の充填に確実性がな
い。さらに、軸７の挿入後でも軸受の非作動時に、空気
の流れがなく温度が上がると潤滑油の粘度が下がり、空
気抜き穴５から潤滑油が漏出する等の問題があった。

【０００６】この潤滑油が漏出する等の問題を解決すべ
く、図９と同様な構造でスラスト軸受部材３に空気抜き
穴５を無くしたタイプ（不図示）も、動圧軸受装置とし
て使用されている。

【０００７】しかし、空気抜き穴５を無くしたタイプ
は、軸受の作動時に潤滑油溜まり８の油を底部に引き込
み、回転部材（軸、ロータ、ターンテーブル、ディス
ク）がスラスト軸受面１２より浮上するという問題が新
たに発生する。モータの軸方向吸引力を強く出来ない周
対向モータ（ロータ１８とステータ１９とが半径方向に
対向）の場合、浮上を抑えることが特に困難である。

【０００８】上記回転部材の浮上量は潤滑油溜まり８の
油の量による。例えば、ディスク駆動装置はその内部で
ディスク１６を回転させるが、ディスクの回転に伴って
ディスクが浮上すると、ディスクと記録再生ヘッドとの
間隔が小さくなり、記録再生が出来なくなる。さらに、
ディスクが記録再生ヘッドに接触し破壊することもあ
る。ディスク駆動装置の記録再生ヘッドとディスク面と
の間隔（すきま）は高精度が要求されている。従って、
軸の浮上量を制御することは、軸受装置にとって不可欠
である。

【０００９】しかし、この要求に対して前述の溝パター
ンではロータの浮上を無くすことは困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これを考慮して、本願
の出願人は先に特願平９ー３５６７１４で動圧軸受装置
を出願した。それによれば、円筒状の軸受部材は、円筒
状孔の底部に設けられたスラスト軸受面と、円周面に設
けられたラジアル軸受面と、円筒状孔の開口部に設けら
れてラジアル軸受面より大径の潤滑油溜まりとを有し、
前記円筒状孔に配設した回転軸は前記ラジアル軸受面に
ラジアル軸受すきまを介して対向するラジアル受面と、
前記スラスト軸受面に対向するスラスト受面とを有し、
前記軸受部材は該ラジアル軸受すきまより底部側が密閉
され、前記ラジアル軸受面と該ラジアル受面との少なく
とも一方に動圧発生用の溝が形成され、該動圧発生用の
溝が軸受部材と軸との間の潤滑油を該円筒状孔の開口部
側へ流動させる方向の力を発生することを特徴とする。

【００１１】このように、ラジアル軸受すきまより底部
側が密閉されたことにより、軸受内に潤滑油が確実に充
填され、漏出せず、さらに、ラジアル動圧軸受の動圧発
生用の溝を、軸がスラスト軸受面に押し付けるスラスト
方向の力を発生する溝とする事により、軸の回転速度に
かかわらず軸の浮上が無いスピンドルモータ用動圧軸受
装置を実現できる。

【００１２】しかも、その後の研究によって、本発明に
最も適する回転軸の外径、ラジアル軸受すきま及び、動
圧発生用の溝の軸方向長さの比についての具体的な数値
が判明した。

【００１３】

【問題を解決するための手段】そこで本発明では、回転
軸の外径がφ２mm乃至φ５mmであり、該ラジアル軸受す
きまが３μｍ乃至１０μｍであって、該動圧発生用の溝
が横Ｖ字型であり、その屈曲部から該円筒状孔の開口部
側へ延在する溝部分と該屈曲部から該円筒状孔の底部側
へ延在する溝部分との軸方向長さの比が１５：１６乃至
３：４であることを特徴とする動圧軸受装置である。

【００１４】

【作用】回転軸の外径、ラジアル軸受すきま、及び動圧
発生用の溝の軸方向長さの比を上述の数値とすることに
より、軸の回転速度にかかわらず、軸は浮上することな
く、ホワールを含む非回転成分は殆ど発生しない動圧軸
受装置を実現できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１実施例に関して、図を参
照して説明する。図１に本発明の第１実施例の動圧軸受
装置の断面図、図２に第１実施例の軸受部材４のみの断
面図を示す。

【００１６】図１に示すように、第１実施例のスピンド
ルモータ１は軸７、ラジアル軸受部材２、軸受部材４、
ターンテーブル１５等を含む。軸受部材４には軸７が回
転自在に挿入されていて、金属製スリーブ２（ラジアル
軸受部材）の内径面９に形成された動圧発生用の溝１４
を有する円筒状のラジアル軸受面１０と、ラジアル軸受
面１０に接続するスラスト軸受部材３に形成された合成
樹脂製スラスト軸受面１２と、を有する。スラスト軸受
面１２は凸球面状であり、中央部の凸球面が軸７の平面
状のスラスト受面１１と接触摺動する滑り軸受となって
いる。

【００１７】軸受部材４の周縁が、モータベース２１及
び基板２０にネジ２２により固定されている。スリーブ
２の外周面にはステータ１９が固定されている。ステー
タ１９はコイル１７を有しており、ステータ１９の半径
方向外側には、ステータ１９に対向するようにロータ１
８が配置されモータの駆動機構を構成している。ロータ
１８は、ターンテーブル１５を介在して、回転軸の外径
がφ２mm乃至φ５mmである軸７に固定されている。ここ
でロータ１８は磁石１８ａと及び磁石１８ａを取り付け
る為のロータ取り付け部材１８ｂとから構成されてい
る。軸７の上端部にはディスク１６を装着するためのタ
ーンテーブル１５が固定されている。ロータ１８は、ス
リーブ２に固定されたステータ１９と対向している。

【００１８】本発明では図２に示すように、動圧発生用
の溝１４としてへリングボーン状のパターンを採用して
いる。軸７の円周面上に、２段の複数の横Ｖ字型の溝が
互いに離間して刻設されている。横Ｖ字型溝の屈曲部か
ら円筒状孔の開口部側へ延在する溝は潤滑油を底部側へ
流動させる方向の力を発生させ、屈曲部から円筒状孔の
底部側へ延在する溝は潤滑油を開口部側へ流動させる方
向の力を発生させる。ここで、２段の溝において、屈曲
部より開口部側の軸方向長さ（幅）を各々Ａ、Ｃとし、
屈曲部より底部側の軸方向長さを各々Ｂ、Ｄとすると、
Ａ、Ｃは各々Ｂ、Ｄより短い。つまり、Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｄ
であり２段の溝とも下側の幅が広くなっている。従っ
て、Ａ＋Ｃ＜Ｂ＋Ｄである。ここで、Ａ＋ＣとＢ＋Ｄと
の比率を１５：１６乃至３：４とする。又、ラジアル軸
受すきま（ラジアル軸受面とラジアル受面）の大きさを
３μｍ乃至１０μｍとする。

【００１９】回転部材（軸、ロータ、ターンテーブル、
ディスク）が矢印の方向に回転（上から見て時計方向に
回転）すると、スリーブ内径面９に設けられた動圧発生
用の溝１４により圧力が発生する。その際、上記の様に
溝パターンが軸方向に非対称であるため、ラジアル方向
の力と軸７をスラスト軸受部材３へ押しつけるスラスト
方向の力が発生するため軸７が浮上することはない。よ
って、ディスク１６が記録再生ヘッドに接触し破壊する
ことがないので、記録再生に問題が生じることもない。
また潤滑油量は、動圧発生用の溝１４が潤滑油にひたっ
ていればよいので、軸７挿入時に、溢れて潤滑油溜まり
８に盛り上がっても良く、潤滑油の充填量に関して細か
い注意力は不要である。

【００２０】また、空気抜き穴がないため、軸７の挿入
時、穴から潤滑油が漏れることも、軸７の挿入後の軸受
の非作動時に温度が上がっても潤滑油が円筒状孔１３よ
り漏出することもない。従って、ラジアル軸受すきまよ
り底部側が密閉されるとともに、余計な加工は不要とな
る。

【００２１】更に、ラジアル軸受すきまの大きさを３μ
ｍ乃至１０μｍの範囲内にすることにより、軸受部材４
に空気抜き穴を設けることなく円筒状孔内に潤滑油を注
入した状態で、円筒状孔内への軸７の挿入が容易となる
効果がある。

【００２２】図３及び図４でホワール等の非回転成分の
発生を確認する試験の結果を示す。

【００２３】ここで、軸７の外径はφ３mm、ラジアル軸
受すきまは７μｍ、動圧発生用の溝の軸方向長さの比は
３：４であり、試験条件はアンバランス量１ｇｆ・ｃ
ｍ、回転数３０００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍとし、試験
方法は軸７をターンテーブル１５より約５ｍｍ長くし、
ＡＤＥマイクロセンス（静電容量式非接触変位計）によ
り軸の変位（振れ回り量）を測定しＦＦＴ（高速フーリ
エ変換）で解析した。

【００２４】回転数３０００ｒｐｍ、即ち５０Ｈｚの時
は、ＦＦＴの出力画面を示す図３に示されるように、軸
の変位は−８．７ｄＢＶであり、また６０００ｒｐｍ、
即ち１００Ｈｚの時は図４に示すように０．５ｄＢＶで
ある。どちらの試験結果でも、−４６ｄＢＶ（０．０２
５μｍ０−ｐ）以上の非回転成分は発生していない（図
３、図４に示されたのは１次の回転成分である）。よっ
て、本実施例の溝パターンにおいてホワールを含めた非
回転成分は殆ど発生せず問題ないことがわかる。

【００２５】なお、軸受部材４と軸７との間の潤滑油を
開口部側へ流動させる方向の力が発生するが、これでも
軸７にはホワールが発生せず、実用上問題ないことがわ
かった。

【００２６】図５は本発明の第２実施例の動圧軸受装置
の断面図、図６は第２実施例の軸受部材のみの断面図を
示す。

【００２７】第２実施例が第１実施例と異なる点は、合
成樹脂製軸受部材がラジアル軸受面１０に動圧発生用の
溝１４を有するラジアル軸受部材２と、ラジアル軸受面
１０に接続するスラスト軸受面１２を有するスラスト軸
受部材３とから成り、両者が射出成形により一体形成さ
れている事である。さらに、動圧発生用の溝１４も成形
時にラジアル軸受面１０に設けている。また、動圧発生
用の溝１４の軸方向長さは、Ａ＜Ｂ、Ｃ＝Ｄであり、Ａ
＋Ｃ＜Ｂ＋Ｄとされている。第１実施例と同様に、Ａ＋
Ｃ：Ｂ＋Ｄの比率を１５：１６乃至３：４とするのが望
ましい。

【００２８】軸７が矢印の方向に回転すると、ラジアル
軸受面１０に設けられた動圧発生用の溝１４により圧力
が発生し、軸７にラジアル方向の力と、軸７をスラスト
軸受面１２に押しつけるスラスト方向の力とが発生する
ため軸７が浮上することはない。このように樹脂の一体
成形品とする事により部品点数が少なく低コストであ
り、さらに低摩耗で耐久性に優れる。

【００２９】樹脂材料としては、炭素繊維を含むＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイド樹脂）が強度もあり、耐
摩耗性に優れるので好ましいが、ＰＰＳに限られず他の
樹脂材料を使用しても良い。

【００３０】なお、合成樹脂製のラジアル軸受部材２に
すると、曲げ剛性が不足がちになるので、この第２実施
例ではモータベース２１（アルミダイカスト、亜鉛ダイ
カスト、板金などの金属からなる）にラジアル軸受部材
２の外径面に嵌合する円筒部２３を設けてラジアル軸受
部材２を補強している。ラジアル軸受部材２と円筒部２
３との間のすきまに接着剤を充填するとさらに補強効果
がある。

【００３１】図７には、図６の溝パターンと異なる軸受
部材４の断面図を第３実施例として示す。図７の動圧発
生用の溝１４の軸方向長さはＡ＜Ｂ、Ｃ＞Ｄであるが、
全体としてはＡ＋Ｃ＜Ｂ＋Ｄである。このため、軸７が
矢印の方向に回転すると、ラジアル軸受面１０に設けら
れた動圧発生用の溝１４により圧力が発生し、軸７にラ
ジアル方向の力と、軸７をスラスト軸受面１２に押しつ
けるスラスト方向の力が発生するため軸７が浮上するこ
とはない。第１及び第２実施例と同様に、Ａ＋Ｃ：Ｂ＋
Ｄの比率を１５：１６乃至３：４とすることが望まし
い。

【００３２】その他の作用、効果は第１実施例と同様で
ある。

【００３３】ところで、軸７の外径がφ２mmより細い
と、軸の曲げ剛性が不足がちとなり、軸７の外径がφ５
mmより太くなると必要な動トルクが大きくなりすぎる。
さらに、軸の外径が太くなると、動圧軸受装置が大型化
してしまいスピンドルモータ用の動圧軸受装置には適さ
ない。

【００３４】ラジアル軸受すきまが３μｍより小さい
と、潤滑油が低温時に動トルクが大きくなり、ラジアル
軸受すきまが１０μｍより大きいと動トルクは小さくな
るが高温時の負荷容量が不足がちとなる。

【００３５】また、２段の動圧発生用の溝１４におい
て、Ａ＋ＣとＢ＋Ｄとの比率を１５：１６より大きくす
ると、潤滑油を開口部側へ流動させる方向の力が相対的
に小さくなるため、軸をスラスト軸受面に押しつけるス
ラスト方向の力が不足する。一方、Ａ＋ＣとＢ＋Ｄとの
比率を３：４より小さくすると潤滑油を開口部側へ流動
させる方向の力が相対的に大きくなるため、軸受部（特
にラジアル軸受下方及びスラスト軸受）が負圧となりホ
ワール等が発生し軸受性能の低下をもたらすことがあ
る。なお、ホワールの主原因はラジアル軸受すきまが負
圧になることと、ラジアル軸受すきまに空気が入ること
による。

【００３６】また、動圧発生用の溝のパターンは実施例
のものに限られず、軸をスラスト軸受面に押しつけるス
ラスト方向の力が発生する溝幅比で、潤滑油を底部側へ
流動させる方向の力を発生させる溝の軸方向長さと、潤
滑油を開口部側へ流動させる方向の力を発生する溝の軸
方向長さとの比率が１５：１６乃至３：４であれば良
い。さらに、動圧発生用の溝のパターンは、軸又は円筒
状孔側の何れに設けても良い。

【００３７】

【発明の効果】本発明によると、空気抜き穴を無くした
が、ラジアル軸受すきまを３μｍ乃至１０μｍとしたの
で、軸を円筒状孔内に潤滑油を注入した状態で軸を容易
に挿入できる。さらに空気抜き穴を無くし、ラジアル軸
受すきまより底部側が密封したことにより、潤滑油の充
填が確実で、漏出することはない。

【００３８】また、軸の外径をφ２mm乃至φ５mmとした
結果、軸に必要な曲げ剛性を保ち、かつ必要な動トルク
が大きくなりすぎることを防ぐことができる。

【００３９】さらに、動圧発生用の溝の軸方向長さの比
を１５：１６乃至３：４の範囲にし、軸受部材と軸との
間の潤滑油を開口部側へ流動させる方向の力を発生させ
ることにより、軸が浮上せず、ホワールを含めた非回転
成分が発生しない。よって、この軸受装置でディスクを
支持すれば、ディスクが記録再生ヘッドに接触し破壊す
ることもないため、高性能で耐久性にも優れるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の動圧軸受装置の断面図で
ある。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】本発明の試験結果を表すグラフである。

【図４】本発明の試験結果を表すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例の動圧軸受装置の断面図で
ある。

【図６】図５の要部拡大図である。

【図７】第３実施例の要部拡大図である。

【図８】従来の動圧軸受装置の断面図である。

【図９】図８の要部拡大図である。

【符号の説明】

４軸受部材６ラジアル受面７軸８潤滑油溜まり１０ラジアル軸受面１１スラスト受面１２スラスト軸受面１３円筒状孔１４動圧発生用の溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の軸受部材（４）は、円筒状孔
（１３）の底部に設けられたスラスト軸受面（１２）
と、円周面に設けられたラジアル軸受面（１０）と、前
記円筒状孔（１３）の開口部に設けられて前記ラジアル
軸受面（１０）より大径の潤滑油溜まり（８）とを有
し、前記円筒状孔（１３）に配設した回転軸（７）は前
記ラジアル軸受面（１０）にラジアル軸受すきまを介し
て対向するラジアル受面（６）と、前記スラスト軸受面
（１２）に対向するスラスト受面（１１）とを有し、前
記軸受部材（４）は該ラジアル軸受すきまより底部側が
密閉され、前記ラジアル軸受面（１０）と該ラジアル受
面（６）との少なくとも一方に動圧発生用の溝（１４）
が形成され、該動圧発生用の溝（１４）が前記軸受部材
（４）と前記回転軸（７）との間の潤滑油を該円筒状孔
の開口部側へ流動させる方向の力を発生することを特徴
とする動圧軸受装置。
【請求項２】前記回転軸（７）の外径はφ２mm乃至φ
５mmであり、前記ラジアル軸受すきまが３μｍ乃至１０
μｍであって、該動圧発生用の溝（１４）が横Ｖ字型で
あり、その屈曲部から該円筒状孔（１３）の開口部側へ
延在する溝部分と該屈曲部から該円筒状孔（１３）の底
部側へ延在する溝部分との軸方向長さの比が１５：１６
乃至３：４であることを特徴とする請求項１に記載の動
圧軸受装置。