JP2005155689A

JP2005155689A - 流体軸受装置

Info

Publication number: JP2005155689A
Application number: JP2003391535A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Haga; 友広芳我
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16
Also published as: CN1619175A; US7201516B2; CN100485208C; US20050111769A1

Abstract

【課題】シール面部により比較的多くの潤滑油を保持できながら、回転駆動時でも潤滑油が外部に飛散することを防止できる流体軸受装置を提供する。
【解決手段】シール面部８の断面形状が、複数の傾斜面８ａ，８ｂで構成され、前記シール面部８における、ラジアル軸受部６寄りに形成されたラジアル軸受部寄り傾斜面８ａのシャフト軸Ｘに対する傾斜角度αが、このラジアル軸受部寄り傾斜面８ａよりもラジアル軸受部６から離れた側に形成された離間傾斜面８ｂのシャフト軸Ｘに対する傾斜角度βよりも大きく形成されている。この構成によれば、シール面部８とシャフト４との間に比較的多くの潤滑油５を保持できながら、回転駆動時でも潤滑油５が外部に飛散することを防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハードディスク装置用のスピンドルモータなどに適した流体軸受装置に関する。

近年のハードディスク装置の高容量化に伴い、ハードディスク装置のスピンドルモータなどに用いられている軸受装置として、従来用いられた玉軸受装置に代わって、玉軸受よりも回転精度が優れ、しかも静音性にも優れている流体軸受装置が多く用いられつつある。

この種の従来の流体軸受装置は、図８、図９に概略的に示すように、中央部に挿通孔を有するスリーブ５１に、磁気ディスクが固定されるハブ５２が取り付けられているとともにスピンドルモータ部５３により回転駆動されるシャフト５４を、所定隙間を介して挿入させ、シャフト５４とスリーブ５１との間の隙間に、潤滑油５５を充填させている。また、シャフト５４の外周面とスリーブ５１の内周面との互いに対向する面における少なくとも一方にヘリングボーン形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受部５６を構成しており、このラジアル軸受部５６の箇所にも潤滑油５５が充填されている。そして、スピンドルモータ部５３によりシャフト５４が回転駆動されると、ラジアル軸受部５６の動圧発生溝の給油作用により潤滑油５５に圧力を発生し、スリーブ５１でシャフト５４が一定量の隙間を有した姿勢で回転自在に支持されるようになっている。

また、シャフト５４における開口端５７に臨む外周部の箇所には、ラジアル軸受部５６の部分よりも大きい隙間を有するようにシール面部５８がシャフト軸Ｘ側に切欠かれて形成され、回転駆動時においても潤滑油５５がこのシール面部５８とスリーブ５１との間の隙間に溜められる。このシール面部５８が設けられている箇所には比較的多くの量の潤滑油５５を溜めることができるので、潤滑油５５の一部が蒸発するなどしてその量が減少した場合でも、シール面部５８に溜められた潤滑油５５が毛細管現象によりラジアル軸受部５６側に流入し、ラジアル軸受部５６では常に潤滑油５５が満たされた状態に保持されて、軸受性能が良好に維持されるように図られている。

ところで、この種の流体軸受装置を有するスピンドルモータなどが用いられているハードディスク装置などでも、より小さいスペースに収納できるような小型のものが望まれており、この要望に応じて、スピンドルモータ、ひいては流体軸受装置も小型化することが要求される。

しかしながら、上記図９に示すような、シャフト５４の外周部をシャフト軸Ｘ側に切欠いてシール面部５８を形成する構造においては、シャフト５４自体のシャフト軸Ｘに直交する面の断面積が小さいので、シャフト５４を切欠いて形成するシール面部５８の潤滑油５５の保持容量があまり大きくできず、シャフト５４の直径が小さい場合には、さらにこの現象が顕著となり、十分な量の潤滑油５５を保持できない場合がある。

また、シール面部５８の容量を大きくするために、シャフト５４の外周部を大きく切欠くと、その箇所の実質的な軸径が極めて小さくなり、ハブ５２などを支持するシャフト５４の軸強度が弱くなる欠点も生じる。

これに対処する方法として、図１０に示すように、シール面部６１を、シャフト５４ではなくて、スリーブ５１における開口端５７に臨む内周部に形成したものがあり、この種の流体軸受装置は例えば特許文献１などに開示されている。ここで、シール面部６１は、その断面形状が、開口端５７側ほどシャフト５４との隙間が広がるような単なる１つの傾斜面で構成されている。この構成によれば、シール面部６１が、シャフト５４の外周部よりも直径の大きなスリーブ５１の内周部に形成されているので、シール面部６１をシャフト５４の外周部に形成する場合と比較すると、多目の量の潤滑油５５を溜めることができるシール面部６１を構成できる。また、シャフト５４を切り欠かなくて済むので、ハブ５２などを支持するシャフト５４の軸強度が低下しない。
特許２９３７８３３号公報

しかしながら、図１０に示すような従来の流体軸受装置の構造を採用した場合、シール面部６１を構成する傾斜面のシャフト軸Ｘに対する傾斜角度θ１（なお、図１０においては、シール面部６１を構成する傾斜面とシャフト軸Ｘとの交差部分が図外となるので、同等の傾斜角となる、シャフト軸Ｘに平行な軸線に対する傾斜角度θ１を示している）が、図１０に示すように、小さな角度であると、多量の潤滑油５５を保持できるようにするには、シール面部６１の軸方向長さとして大きめの寸法Ｌ１が必要となるので、その分、ラジアル軸受部５６を設けることができる寸法が小さくなって軸受剛性が低下してしまい、特に、小型化のためにシャフト５４自体の長さが小さい場合には、十分な容量を保持できるシール面部６１を形成することが困難となる。

また、反対に、図１１に示すように、シール面部６１を構成する傾斜面のシャフト軸Ｘに対する傾斜角度θ２を大きく設けると、シール面部６１が設けられている軸方向寸法Ｌ２が小さくても多量の潤滑油５５を保持できる一方、流体軸受装置のシャフト５４などを回転駆動させた際に、これに伴って回転するような流れを生じる潤滑油５５が、遠心力によりシール面部６１から外部に飛散し易くなり、潤滑油５５が外部に漏れた場合には、ラジアル軸受部５６の潤滑油５５が不足したり、ハブ等が汚れたりする恐れがある。

本発明は上記課題を解決するもので、シール面部により比較的多くの潤滑油を保持できながら、回転駆動時でも潤滑油が外部に飛散することを防止できる流体軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の流体軸受装置は、スリーブと、このスリーブに所定隙間を介して挿入されたシャフトと、このスリーブにシャフトを回転自在に支持させるラジアル軸受部と、ラジアル軸受部の箇所を含めてスリーブとシャフトとの間の隙間に充填された潤滑油と、スリーブにおける開口端に臨む箇所において、ラジアル軸受部の部分よりも大きい隙間を有するように形成されて、シャフトとの隙間部分に潤滑油が充填されるシール面部とを備えた流体軸受装置であって、前記シール面部の断面形状が、複数の傾斜面で構成され、前記シール面部における、ラジアル軸受部寄りに形成されたラジアル軸受部寄り傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度が、このラジアル軸受部寄り傾斜面よりもラジアル軸受部から離れた側に形成された少なくとも１つの離間傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度よりも大きく形成されたものであり、この構成によれば、シール面部全体を離間傾斜面の傾斜角度と同じ傾斜角度の単一の傾斜面で構成した場合に比べて、多くの量の潤滑油を保持でき、また、シール面部の開口端からの深さを小さくできるのでラジアル軸受部の寸法長さを十分にとることができ、さらに、ラジアル軸受部寄り傾斜面よりも開口端寄りに形成された離間傾斜面の傾斜角度は小さ目に形成されているので、回転駆動時でも潤滑油が外部に飛散することを防止できる。

また、ラジアル軸受部とラジアル軸受部寄り傾斜面との接続部、ラジアル軸受部寄り傾斜面と離間傾斜面との接続部、離間傾斜面とスリーブ端面との接続部の、少なくとも一部をなだらかな断面形状に形成してもよく、これによれば、スリーブを製造する切削工程などで接続部においてバリなどを生じることを防止できる。

また、スリーブの端面に、シール面部の開口部分を覆うカバーを取り付けることにより、潤滑油が外部に飛散することを一層確実に防止できる。

本発明によれば、シール面部の断面形状を、複数の傾斜面で構成し、前記シール面部における、ラジアル軸受部寄りに形成されたラジアル軸受部寄り傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度を、このラジアル軸受部寄り傾斜面よりもラジアル軸受部から離れた側に形成された離間傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度よりも大きく形成したので、ラジアル軸受部の寸法長さを十分にとることができて高い回転精度や十分な剛性を得ることができながら、シール面部とシャフトとの間に比較的多くの潤滑油を保持でき、しかも、回転駆動時でも潤滑油が外部に飛散することを防止できる。

また、ラジアル軸受部とラジアル軸受部寄り傾斜面との接続部、ラジアル軸受部寄り傾斜面と離間傾斜面との接続部、離間傾斜面とスリーブ端面との接続部の、少なくとも一部をなだらかな断面形状に形成することで、スリーブを製造する切削工程などで接続部においてバリなどを生じることを防止でき、信頼性が向上する。

さらに、スリーブの端面に、シール面部の開口部分を覆うカバーを取り付けることにより、潤滑油が外部に飛散することを一層確実に防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
なお、図１〜図６に示す本発明の実施の形態においては流体軸受装置が、ハードディスク装置のスピンドルモータとして用いられている場合を述べるが、これに限るものではない。

図１および図２に概略的に示すように、この流体軸受装置は、中央部に挿通孔を有するスリーブ１に、磁気ディスクが固定されるハブ２が取り付けられているとともにスピンドルモータ部３により回転駆動されるシャフト４を、所定隙間を介して挿入させ、シャフト４とスリーブ１との間の隙間に、潤滑油５を充填させている。また、シャフト４の外周面とスリーブ１の内周面との互いに対向する面における少なくとも一方にヘリングボーン形状などの動圧発生溝を形成してラジアル軸受部６を構成しており、このラジアル軸受部６の箇所を含めて潤滑油５が充填されている。なお、この実施の形態においては、シャフト４とスリーブ１との間における奥側箇所と開口部寄り箇所との２箇所にそれぞれラジアル軸受部６が設けられている。

また、シャフト４の端部にはシャフト４よりも太径のスラストフランジ９が取り付けられ、スラストフランジ９の円形平面部に対向するようにスラストプレート１０を配設させてスリーブ１に固定しており、スラストフランジ９とスラストプレート１０との間の隙間にかけても潤滑油５を充填させている。また、スラストフランジ９とスラストプレート１０との対向面における少なくとも一方の面に動圧発生溝を形成してスラスト軸受部１２を構成し、さらに、シャフト４の端部に隣接するスラストプレート１０の面とこの面に対向するスリーブ１の面とにおける少なくとも一方にも動圧発生溝を形成してスラスト軸受部１２を構成している。

そして、スピンドルモータ部３によりシャフト４が回転駆動されると、ラジアル軸受部６およびスラスト軸受部１２の動圧発生溝の給油作用により潤滑油５に圧力を発生し、スリーブ１でシャフト４が一定量の隙間を有した姿勢で回転自在に支持されるよう構成されている。

また、スリーブ１における開口端７に臨む内周部の箇所には、ラジアル軸受部６の部分よりも大きい隙間を有するようにシール面部８が外周側に切欠かれて形成され、回転駆動時においても潤滑油５がこのシール面部８とシャフト４の外周面との間の隙間に溜められる。

特に本発明においては、図２に示すように、シール面部８が、ラジアル軸受部６寄りに形成されたラジアル軸受部寄り傾斜面としての第１傾斜面８ａと、この第１傾斜面８ａよりもラジアル軸受部６から離れた側に形成された離間傾斜面としての第２傾斜面８ｂとで構成されている。そして、このシール面部８における第１傾斜面８ａのシャフト軸Ｘに対するラジアル軸受部６側からの傾斜角度αを、第２傾斜面８ｂのシャフト軸Ｘに対するラジアル軸受部６側からの傾斜角度β（なお、図２においては、第２傾斜面８ｂとシャフト軸Ｘとの交差部分が図外となるので、同等の傾斜角となる、シャフト軸Ｘに平行な軸線に対する傾斜角度βを示している）よりも大きく形成している。例えば、第１傾斜面８ａの傾斜角度αは４５度よりも大きい角度とされ、第２傾斜面８ｂの傾斜角度βは４５度よりも小さい角度とされている。また、このシール面部８における第１傾斜面８ａおよび第２傾斜面８ｂはそれぞれスリーブ１における開口端７に臨む内周部の箇所において全周にわたって凹凸部を有することなく円錐台形形状に形成されている。なお、図２における５ａは潤滑油５の液面で、潤滑油５は、第１傾斜面８ａを越えて第２傾斜面８ｂに接するような量が充填されている。

この構成によれば、シール面部８を複数の傾斜面８ａ，８ｂにより構成させるとともに、シール面部８におけるラジアル軸受部６寄りに形成された第１傾斜面８ａの傾斜角度αを大きく形成したので、例えば、シール面部８全体を第２傾斜面８ｂの傾斜角度βと同じ傾斜角度の単一の傾斜面で構成した場合に比べて、シール面部８において十分な量の潤滑油５を保持できて、潤滑油５の一部が蒸発するなどしてその量が減少した場合でも、シール面部８に溜められた潤滑油５が毛細管現象によりラジアル軸受部６側に流入し、ラジアル軸受部６では常に潤滑油５が満たされた状態に保持されて、軸受性能が良好に維持される。また、シール面部８において開口端７側ほど広がる形状であるので、高温時に潤滑油５が熱膨張した時の液面５ａが開口端７側へ移動する（熱膨張した潤滑油５の体積分が開口端７側へ移動する）量を低減できる効果もある。しかも、シール面部８の開口端７からの深さＬを、シール面部８全体を第２傾斜面８ｂの傾斜角度βと同じ傾斜角度の単一の傾斜面で構成した場合に比べて、小さくできるので、これにより、ラジアル軸受部６の寸法長さを十分にとることができて高い回転精度や十分な剛性を得ることができる。さらに、第１傾斜面８ａよりも開口端７寄りに形成された第２の傾斜面８ｂの傾斜角度βは小さ目に形成されているので、回転駆動時でも潤滑油５に作用する遠心力が小さく抑えられて潤滑油５が外部に飛散することを防止でき、良好な信頼性を維持できる。

なお、第１傾斜面８ａを形成する範囲は、必要とする潤滑油５の量に応じて適宜決定されるが、シール面部８が設けられている箇所で十分な油量を確保できるように、その第２傾斜面８ｂ側接続部のシャフト４外周面からの離間径方向寸法Ｄがラジアル軸受部６の箇所のスリーブ１内周面とシャフト４外周面との間の離間径方向寸法ｄの２倍以上であることが好ましい。

また、上記構成に加えて、図３に示すように、シャフト４における外部に露出する箇所に形成された断面略Ｖ字状の溝部４ａに、潤滑油５を弾く撥油剤１３を塗布してもよく、これによれば、潤滑油５の一部がシャフト４の外周面を伝わって流れ出ようとした場合でも、潤滑油５が前記撥油剤１３により弾かれて外部に流れ出ることが防止される。また、さらに、スリーブ１における開口端７が設けられている端面１ａにも撥油剤１３を塗布してもよく、これによれば、スリーブ１における第２傾斜面８ｂから端面１ａを伝わって流れ出ようとした場合でも、潤滑油５が前記撥油剤１３により弾かれて外部に流れ出ることが防止される。

なお、上記実施の形態においては、シール面部８が、第１傾斜面８ａと第２傾斜面８ｂとに２分割されている場合を述べたが、これに限るものではなく、シャフト軸Ｘの方向に対して３つ以上分割された傾斜面で構成してもよい。例えば、図４に示すように、第２傾斜面８ｂよりもさらにラジアル軸受部６から離れた側に、第２傾斜面８ｂのシャフト軸Ｘに対するラジアル軸受部６側からの傾斜角度βよりも大きい傾斜角度γの第３傾斜面８ｃを面取り形状に形成してもよい。なお、図４においては、見易くするため、第３傾斜面８ｃとシャフト軸Ｘと同等の傾斜角度γとなる、シャフト軸Ｘに平行な軸線に対する傾斜角度γを示している。この場合には、スリーブ１における第２傾斜面８ｂと、開口端７が設けられている端面１ａとが、第３傾斜面８ｃを介して比較的なだらかに接続されるので、スリーブ１を製造する切削工程などで、接続部においてバリなどを生じることを最小限に抑えることができる利点がある。なお、図２〜図４に示すように、潤滑油５は、その液面５ａが、第１傾斜面８ａを越えて第２傾斜面８ｂに接するような量が充填されている。また、シール面部８をさらにシャフト軸Ｘに対して４つ以上分割してもよく、このような場合は、何れかの特定傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度が、この特定傾斜面よりもラジアル軸受部から離れた側に形成された少なくとも１つの離間傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度よりも大きく形成されていればよく、この構成により、上記と同様な作用効果を得ることができる。

ところで、スリーブ１とシャフト４との間に潤滑油５を注入する場合には、一般には、スリーブ１とシャフト４との間を含めた空間を真空に近い状態まで減圧し、スリーブ１の開口端７が上方になるように配置した姿勢で開口端７側から潤滑油５を注入することが行われるが、上記したように、シール面部８において潤滑油５を多く保持できながら、シール面部８を全て傾斜面８ａ，８ｂ，８ｃ（または傾斜面８ａ，８ｂ）により構成することにより、潤滑油５をスムーズに、シール面部８からラジアル軸受部６側に導入させることができる利点がある。

また、図５に示すように、ラジアル軸受部６と第１傾斜面８ａとの接続部８ｄや、第１傾斜面８ａと第２傾斜面８ｂとの接続部８ｅ、第２傾斜面８ｂとスリーブ端面１ａとの接続部８ｆなどをなだらかな断面形状に形成してもよい。

この構成によれば、スリーブ１を製造する切削工程などで、接続部８ｄ，８ｅ，８ｆにおいてバリなどを生じることをほぼ確実に防止することができる。また、潤滑油５を一層スムーズにシール面部８からラジアル軸受部６側に導入させることができる利点もある。

さらに、図６に示すように、スリーブ１の端面１ａに、シール面部８の開口端７部分を覆うカバー１４を取り付けてもよく、この構成によれば、潤滑油５が外部に飛散することを一層確実に防止でき、これによれば、さらに信頼性が向上する。さらに、この場合に、シール面部８に臨むカバー１４の下面にも撥油剤１３を塗布してもよく、これによれば、潤滑油５がカバー１４の下面に付着することも防止でき、一層信頼性が向上する。

また、何れの実施の形態においても、シール面部８が、第１傾斜面８ａおよび第２傾斜面８ｂ、または第１傾斜面８ａ、第２傾斜面８ｂおよび第３傾斜面８ｃにより、それぞれスリーブ１における開口端７に臨む内周部の箇所において全周にわたって、つまり一部のみの小さな凹凸部分などを有することなく、円錐台形形状に形成されているので、これによっても、潤滑油５を、シール面部８からラジアル軸受部６側に導入させる際に、凹凸部などにより流れが阻害されることなく、一層スムーズに流れ込ませることができる利点がある。

また、上記実施の形態においては、何れも、スリーブ１の一方が開口されているとともに他方が閉じられて、シャフト４の一端側だけが突出された構成である場合を述べ、この場合には、シール面部８がスリーブ１の片側だけに設けられる。しかしながら、これに限るものではなく、例えば、図７に示すように（この図７においては単なる流体軸受部分を有する場合を示している）、スリーブ１の両側からシャフト４の両端部が突出する構成のものにも適用可能であり、この場合には、同様の複数の傾斜面８ａ，８ｂ等を有するシール面部８をスリーブ１の両端の開口端７に臨む内周面にそれぞれ形成すればよい。

本発明は、ハードディスク装置用スピンドルモータなどに加えて、ビデオテープレコーダやその他のモータの流体軸受装置に適しているが、その他の回転部を支持する軸受として用いることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る流体軸受装置の断面正面図同実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図本発明の第２の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図本発明の第３の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図本発明の第４の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図本発明の第５の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図本発明の第６の実施の形態に係る流体軸受装置の部分断面正面図従来の流体軸受装置の断面正面図同従来の流体軸受装置の部分断面正面図他の流体軸受装置の部分断面正面図その他の流体軸受装置の部分断面正面図

符号の説明

１スリーブ
２ハブ
３スピンドルモータ部
４シャフト
５潤滑油
５ａ液面
６ラジアル軸受部
７開口端
８シール面部
８ａ第１傾斜面（ラジアル軸受部寄り傾斜面）
８ｂ第２傾斜面（離間傾斜面）
８ｃ第３傾斜面
９スラストフランジ
１０スラストプレート
１２スラスト軸受部
１３撥油剤
１４カバー

Claims

スリーブと、
このスリーブに所定隙間を介して挿入されたシャフトと、
このスリーブにシャフトを回転自在に支持させるラジアル軸受部と、
ラジアル軸受部の箇所を含めてスリーブとシャフトとの間の隙間に充填された潤滑油と、
スリーブにおける開口端に臨む箇所において、ラジアル軸受部の部分よりも大きい隙間を有するように形成されて、シャフトとの隙間部分に潤滑油が充填されるシール面部と
を備えた流体軸受装置であって、
前記シール面部の断面形状が、複数の傾斜面で構成され、
前記シール面部における、ラジアル軸受部寄りに形成されたラジアル軸受部寄り傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度が、このラジアル軸受部寄り傾斜面よりもラジアル軸受部から離れた側に形成された少なくとも１つの離間傾斜面のシャフト軸に対する傾斜角度よりも大きく形成された流体軸受装置。
ラジアル軸受部とラジアル軸受部寄り傾斜面との接続部、ラジアル軸受部寄り傾斜面と離間傾斜面との接続部、離間傾斜面とスリーブ端面との接続部の、少なくとも一部がなだらかな断面形状に形成されている請求項１に記載の流体軸受装置。
スリーブの端面に、シール面部の開口部分を覆うカバーを取り付けた請求項１または２に記載の流体軸受装置。