JP2005155690A

JP2005155690A - 流体軸受装置

Info

Publication number: JP2005155690A
Application number: JP2003391536A
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: CN1644943A; CN100344892C; US20050111768A1; US7121726B2

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】スリーブ１の内周面における開口端７の近傍箇所に、シャフト４との隙間部分に潤滑油５を充填させるシール面部８を設け、このシール面部８の断面形状を、シール面部８のラジアル軸受部側端部８ｂにおけるシャフト４外周面との間の隙間が最も小さく、シール面部８のラジアル軸受部側端部８ｂと開口端側端部８ａとの間の中間部８ｃでシャフト４外周面との間の隙間が最も大きく、シール面部８の開口端側端部８ａ箇所でシャフト４外周面との間の隙間が前記中間部８ｃにおける隙間よりも小さくなるように形成した。この構成により、多くの量の潤滑油５を保持でき、ラジアル軸受部６の寸法長さを十分にとることができ、さらに、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６、図７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７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８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８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８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８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９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、スリーブ内周面における開口端の近傍箇所において、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、シール面部のラジアル軸受部側端部におけるシャフト外周面との間の隙間が最も小さく、シール面部のラジアル軸受部側端部とシール面部の開口端側端部との間の中間部でシャフト外周面との間の隙間が最も大きく、シール面部の開口端側端部箇所でシャフト外周面との間の隙間が前記中間部における隙間よりも小さくなるように形成されたものであり、この構成によれば、シール面部とシャフト外周面との間の隙間を容易に大きくすることができるので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、シール面部の開口端側端部箇所でシャフト外周面との間の隙間が前記中間部における隙間よりも小さいので、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。

なお、シール面部のシャフト軸に対する断面形状としては、例えば、略円孤形に窪む形状としたり、略三角形に窪む形状としたりすればよい。

本発明によれば、シール面部の断面形状を、シール面部のラジアル軸受部側端部におけるシャフト外周面との間の隙間が最も小さく、シール面部のラジアル軸受部側端部とシール面部の開口端側端部との間の中間部でシャフト外周面との間の隙間が最も大きく、シール面部の開口端側端部箇所でシャフト外周面との間の隙間が前記中間部における隙間よりも小さくなるように形成させたことにより、シール面部とシャフト外周面との間の隙間に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て高い回転精度や十分な剛性を得ることができ、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、良好な信頼性を維持できる。

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４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の内周における開口端７の近傍箇所には、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の断面形状が、略半円形に窪む形状に形成されている。そして、シール面部８の開口端側端部８ａの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間が、シール面部８のラジアル軸受部側端部８ｂの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間と同じように最も小さくなるように形成されている。また、シール面部８の開口端側端部８ａとラジアル軸受部側端部８ｂとの間の中間部８ｃでシャフト外周面との間の隙間が最も大きく形成されている。なお、図２における５ａは潤滑油５の液面で、潤滑油５は、シール面部８の中間部８ｃと開口端側端部８ａとの間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、そのシャフト軸Ｘに対する断面形状が、中間部８ｃでシャフト外周面との間の隙間が最も大きくなるように形成しているので、シール面部８とシャフト４の外周面との間の隙間を容易に大きくすることができて、多くの量の潤滑油５を保持できる。したがって、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、多くの量の潤滑油５を保持できながら、シール面部８の開口端７からの深さを小さくできるので、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、シール面部８における開口端側端部８ａの近傍箇所では、シャフト４の外周面との間の隙間が、ラジアル軸受部６側ほど大きくなる形状であるので、回転駆動時には、この箇所の潤滑油５が中間部８ｃ側に移動しようとして、潤滑油５の液面５ａ近傍部がラジアル軸受部６側に押さえつけるような力が発生し、これにより、潤滑油５が開口端７から外部に飛散することを防止できる。しかも、シール面部８における開口端側端部８ａの箇所ではシャフト４の外周面との間の隙間が極めて小さいので、これによっても、潤滑油５が外部に飛散することを確実に防止でき、良好な信頼性を維持できる。

なお、シール面部８の形状は楕円形状でもよく、真円でなくてもよい。
次に、図３は本発明の他の実施の形態を示すもので、この実施の形態では、シール面部８の断面形状が、略円弧形に窪む形状に形成されている。そして、シール面部８の開口端側端部８ａの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間が、シール面部８のラジアル軸受部側端部８ｂの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間より大きく形成されているが、シール面部８の中間部８ｃの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間よりは小さく形成されている。また、潤滑油５は、その液面５ａが、シール面部８の中間部８ｃと開口端側端部８ａとの間に接するような量が充填されている。

この構成によっても、シール面部８とシャフト４の外周面との間の隙間を大きくすることができるので、多くの量の潤滑油５を保持でき、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、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、多くの量の潤滑油５を保持できながら、シール面部８の開口端７からの深さを小さくできるので、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、シール面部８における開口端側端部８ａの箇所でシャフト４の外周面との間の隙間が、シール面部８の中間部８ｃの箇所における隙間よりも小さいので、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確実に防止でき、良好な信頼性を維持できる。

さらに、この構成においても、シール面部８における開口端側端部８ａの近傍箇所では、シャフト４の外周面との間の隙間が、ラジアル軸受部６側ほど大きくなる形状であるので、回転駆動時には、この箇所の潤滑油５が中間部８ｃ側に移動しようとして、潤滑油５の液面５ａ近傍部がラジアル軸受部６側に押さえつけるような力が発生し、これにより、潤滑油５が開口端７から外部に飛散することを防止できる。なお、シール面部８における開口端側端部８ａの箇所では、シャフト４の外周面との間の隙間が、図２に示す実施の形態のものよりは、大きいものの、中間部８ｃの箇所の隙間よりは小さいので、これによっても、潤滑油５が外部に飛散することを防止できる効果を有する。

また、この構成によれば、シャフト４の外周面との間の隙間が、図２に示す実施の形態のものよりは大きいので、製造工程における部品組付け後に、スリーブ１とシャフト４との間に開口端７側から潤滑油５を注入する際、注入用治具の先端をシール面部８が設けられている箇所に比較的差込み易くなり、注入作業の容易化を図ることができる。また、潤滑油５の注入作業後に、潤滑油５の液面５ａを見てその量や充填状態を検査する場合があるが、この検査を行い易くなる利点もある。

また、図４は本発明のさらに他の実施の形態を示すもので、この実施の形態では、シール面部８の断面形状が、略三角形に窪む形状に形成されている。そして、シール面部８の開口端側端部８ａの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間が、シール面部８のラジアル軸受部側端部８ｂの箇所におけるシャフト外周面との間の隙間と同じにように最も小さくなるように形成されている。また、シール面部８の開口端側端部８ａとラジアル軸受部側端部８ｂとの間の中間部８ｃでシャフト外周面との間の隙間が最も大きく形成されている。なお、図２における５ａは潤滑油５の液面で、潤滑油５は、シール面部８の中間部８ｃと開口端側端部８ａとの間に接するような量が充填されている。

この構成によっても、上記実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。
また、何れの実施の形態においても、シール面部８が、スリーブ１の内周部における開口端７の近傍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、なだらかな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、凹凸部などにより潤滑油５の流れが阻害されることなく、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５に示すように（この図５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、同様の形状のシール面部８をスリーブ１の内周面における両端の開口端７近傍箇所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開口端側端部
８ｂラジアル軸受部側端部
８ｃ中間部
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

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、
スリーブ内周面における開口端の近傍箇所において、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、シール面部のラジアル軸受部側端部におけるシャフト外周面との間の隙間が最も小さく、シール面部のラジアル軸受部側端部とシール面部の開口端側端部との間の中間部でシャフト外周面との間の隙間が最も大きく、シール面部の開口端側端部箇所でシャフト外周面との間の隙間が前記中間部における隙間よりも小さくなるように形成された流体軸受装置。
シール面部の断面形状が、略円孤形に窪む形状である請求項１記載の流体軸受装置。
シール面部の断面形状が、略三角形に窪む形状である請求項１記載の流体軸受装置。