JPH0831086A - 動圧軸受装置 - 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。 【構成】 軸受２４側を、当該軸受２４の体積磁気歪み
が熱膨張を打ち消す磁性の鉄系合金材料から形成すると
ともに、軸３１側を、１５ＰＰＭ／℃以上の線膨張係数
を有する非磁性金属材料から形成し、上記軸受２４の線
膨張係数が前記軸３１の線膨張係数より実質的に小さく
なるように構成し、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、軸受流体の動圧を利用
した動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、動圧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してのメ
タルと、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動圧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４μｍ、
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、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する
ことができるようにした動圧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
本発明の動圧軸受装置は、相対的に回転可能に嵌合され
た軸と軸受との間に、動圧を生ぜしめる軸受流体が充填
された動圧軸受装置において、上記軸受の線膨張係数が
前記軸の線膨張係数より実質的に小さくなるように、前
記軸受を、当該軸受の体積磁気歪みが熱膨張を打ち消す
磁性の鉄系合金材料から形成するとともに、前記軸を、
１５ＰＰＭ／℃以上の線膨張係数を有する非磁性金属材
料から形成した構成を有している。

【０００９】

【作用】このような手段における動圧軸受装置によれ
ば、磁性の鉄系合金材料からなる軸受の体積磁気歪みが
熱膨張を打ち消す方向に働くとともに、非磁性金属材料
からなる軸側が、所定値以上の線膨張係数を有すること
によって、軸受の線膨張係数が軸の線膨張係数より実質
的に小さくなされる。従って軸受隙間が、高温時には狭
められ、低温時には広げられるようになっている。

【００１０】

【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。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。

【００１１】また上記軸受ホルダー２２の内周部には、
一体形成されたラジアル滑り軸受２４，２４が、軸方向
に所定間隔離して設けられており、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。すなわち上記両ラジアル滑り軸受２
４，２４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。

【００１２】このとき上記ラジアル滑り軸受２４は、例
えば磁性の鉄系合金材料から形成されているとともに、
回転軸３１は、１５ＰＰＭ／℃以上の線膨張係数を有す
る非磁性金属材料から形成されている。より具体的に
は、上記回転軸３１の非磁性金属材料は、例えば非磁性
ＳＵＳ材からなり、１５〜１８ＰＰＭ／℃の線膨張係数
を有している。

【００１３】またラジアル滑り軸受２４の鉄系合金材料
は、例えば磁性ＳＵＳ材からなっている。このラジアル
滑り軸受２４の磁性ＳＵＳ材は、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、その実質的な
線膨張係数は、回転軸３１の非磁性ＳＵＳ材における線
膨張係数（１５ＰＰＭ／℃以上）より小さい値、例えば
１０〜１２ＰＰＭ／℃に設定されている。

【００１４】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。

【００１５】このとき上記抜止板３２は、環状の磁性リ
ング体から形成されているとともに、当該抜止板３２の
外周面に対面するようにして、前記軸受ホルダー２２の
内周壁面に環状磁石２６が取り付けられており、その環
状磁石２６によって、軸受流体を保持する磁路が形成さ
れている。

【００１６】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３３ａ
の図示下端縁に鍔状の取付部３３ｂを有しており、この
取付部３３ｂに、バックヨーク３４を介して駆動マグネ
ット３５が環状に装着されている。上記駆動マグネット
３５は、前記ステータコア２１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。

【００１７】さらに前記巻線２３からは、端末線２３ａ
が導出されており、該端末線２３ａは、上面に導体パタ
ーンが形成されたフレキシブル基板２３ｂの所定位置
（半田付けランド部分）に半田付けされている。フレキ
シブル基板２３ｂの導体パターンの終端には、可撓性リ
ード線２３ｃの一端が接続されており、この可撓性リー
ド線２３ｃの他端は、モータ外に延在して電源供給手段
２３ｄに接続されている。そしてモータ外部の電源供給
手段２３ｄから、可撓性リード線２３ｃ、導体パターン
及び端末線２３ａを介して巻線２３に所定の駆動電圧を
印加することにより、磁気ディスクを装着したハブ３３
の回転駆動が行われるように構成されている。

【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２７が配置されている。この磁性流体
シール２７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２体の磁石体２７ａ，２７ａを有して
いるとともに、各環状磁石体２７ａの軸方向両端面に、
ポールピース２７ｂ，２７ｂ，２７ｂがそれぞれ取り付
けられている。そしてこれらの各ポールピース２７ｂの
内周端縁と、前記回転軸３１の外周面との間に、磁性流
体２７ｃが保持されており、この磁性流体２７ｃ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】このとき上記回転軸３１の外周面には、上
記磁性流体シール２７に対応する位置に磁性リング３６
が装着されており、上述した各磁石体２７ａによる磁路
が、当該磁性リング３６を通して形成されるようになっ
ている。

【００２０】このような実施例においては、磁性の鉄系
合金材料からなるラジアル滑り軸受２４の体積磁気歪み
が熱膨張を打ち消す方向に働くとともに、回転軸３１側
が、所定値以上の線膨張係数を有する非磁性金属材料か
らなることによって、軸受側の線膨張係数が軸側の線膨
張係数より実質的に小さくなされる。従って軸受隙間
は、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、軸受隙間が広げられて軸受ロスの
増大が抑えられることとなり、環境温度変化に伴う動圧
力及び軸受ロスの変動が減少されるようになっている。

【００２１】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、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。

【００２２】また軸受側の材質は従来と同じとしたまま
で、軸受を固定するハブ３３を、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作用・効果を得ることができ
る。また軸受側とハブ側の両方を共に、上記鉄系合金よ
り形成しても上記実施例と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。

【００２３】また上記実施例においては、動圧発生手段
としてヘリングボーン状の動圧発生溝を軸側に形成した
例が述べられているが、動圧発生溝は軸受の内周面に形
成してあっても良く、また動圧発生溝としては、例えば
特公昭６３−６０２４７号公報記載のようなスパイラル
状の溝であっても良い。

【００２４】また動圧発生手段としてはこれら溝に限定
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。

【００２５】さらに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、軸固定回転
型のモータに対しても勿論適用可能である。

【００２６】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動圧軸
受装置の例が述べられているが、本動圧軸受装置は他の
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。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明の動圧軸受装置
は、軸受側を、当該軸受の体積磁気歪みが熱膨張を打ち
消す磁性の鉄系合金材料から形成するとともに、軸側
を、１５ＰＰＭ／℃以上の線膨張係数を有する非磁性金
属材料から形成することによって上記軸受の線膨張係数
を軸の線膨張係数より実質的に小さくなるように構成し
たものであるから、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で
き、動圧軸受装置の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す動圧軸受装置が適用さ
れた磁気ディスク駆動用のスピンドルモータの半横断面
図である。

【符号の説明】

２４ ラジアル滑り軸受 ３１ 回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 7/08 Ａ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸と軸受とを、両者間に充填した軸受流
   体の動圧によって相対的に回転移動可能に支承する動圧
   軸受装置において、 上記軸受を、当該軸受の体積磁気歪みが熱膨張を打ち消
   す磁性の鉄系合金材料から形成するとともに、 前記軸を、１５ＰＰＭ／℃以上の線膨張係数を有する非
   磁性金属材料から形成することにより、 上記軸受側の線膨張係数を、軸側の線膨張係数より実質
   的に小さくしてなることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 軸受の鉄系合金材料が、磁性ＳＵＳ材で
   あるとともに、軸の非磁性金属材料が、非磁性ＳＵＳ材
   であることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 非磁性金属材料からなる軸における必要
   部位に、環状の磁性体を嵌め込んでなることを特徴とす
   る請求項１記載の動圧軸受装置。