JPH084750A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度によるオイル粘度の変化を小さくし、現
実的な設計ができるようにする。 【構成】 回転部材を回転可能に支承する軸受を備え、
この軸受の摺動部Ａ，Ａ，Ｂに充填された軸受流体に動
圧を生ぜしめるよう構成された動圧軸受装置において、
発熱部位からの放熱を低減させる熱伝導低下手段とし
て、例えば熱伝導率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材より
構成された軸受２２，２２を具備してなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動圧軸受装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、図８（ａ）に示されるような動圧
軸受装置を適用した、例えばＨＤＤ用のスピンドルモー
タが知られている。このスピンドルモータは所謂中心軸
回転型であり、図が煩雑になるのを避けるために、中心
線より右半分のみが示されている。

【０００３】同図において、符号１はフレームを示して
おり、このフレーム１には筒状の軸受ホルダー部１ａが
立設するようにして一体成形されている。この軸受ホル
ダー部１ａの外周面にはステ−タコア６が固定されてお
り、このステ−タコア６にはコイル５が巻回されてい
る。

【０００４】上記軸受ホルダー部１ａの内周にはラジア
ル滑り軸受２，２がそれぞれ嵌合固定されており、これ
らラジアル滑り軸受２，２の内周には中心軸３が挿入配
置されている。該中心軸３の外周面及びラジアル滑り軸
受２，２の内周面の少なくとも一方には、例えばへリン
グボーン状等の動圧発生溝が形成されており、摺動部
（中心軸３とラジアル滑り軸受２，２との間の空隙）Ａ
には軸受流体としてオイル等の潤滑油が充填されてい
る。すなわち、中心軸３は、ラジアル滑り軸受２，２の
内周面との間に発生するラジアル動圧力によりラジアル
方向の振れが抑えられて、ラジアル滑り軸受２，２内を
回転するようになっている。

【０００５】中心軸３のフレーム閉塞側（図における下
方）の端面３ａ及びフレーム１の上記端面３ａに対向す
る面の少なくとも一方には、動圧発生溝が形成されてお
り、摺動部（中心軸３のフレーム閉塞側端面３ａとフレ
ーム１の上記端面３ａに対向する面との間の空隙）Ｂに
はオイルが充填されている。すなわち、中心軸３のフレ
ーム閉塞側端面３ａとフレーム１の上記端面３ａに対向
する面との間に、中心軸３に対してフレーム開放側に向
うスラスト動圧力が発生するようになっている。

【０００６】また、中心軸３には、ステ−タコア６と駆
動マグネット７の磁気中心をずらす公知の手法により、
中心軸３に対してフレーム閉塞側に向う磁気吸引力が発
生するようになっている。従って、この磁気吸引力と上
記スラスト動圧力とにより、スラスト方向の振れが抑え
られて、フレーム１の上記端面３ａに対向する面上を回
転するようになっている。

【０００７】中心軸３のフレーム開放側（図における上
方）の端部には、上記コア６、コイル５等を覆うような
形状のハブ４が嵌合固定されている。このハブ４の外周
面には図示されないディスクが装着されており、ハブ４
内周の上記コア６に対向する位置には駆動マグネット７
が固定されている。

【０００８】そして、図示されないモータ外部の電源供
給手段からフレキシブル基板１２を介してコイル５に所
定の駆動電圧が印加されると、ディスクを装着したハブ
４が中心軸３と共に回転するようになっている。

【０００９】一方、図８（ｂ）に示されるスピンドルモ
ータは所謂中心軸固定型であり、図８（ａ）に示したも
のと同一なもの及び同一機能を果たすものについては同
一符号が付してある。

【００１０】このスピンドルモータにあっては、中心軸
１３はフレーム１１に固定されている。また、ラジアル
滑り軸受２，２は軸受ホルダー４ａに固定されており、
この軸受ホルダー４ａはハブ４に固定されている。すな
わち、ハブ４はラジアル滑り軸受２，２と共に中心軸１
３の周囲を回転するようになっている。

【００１１】なお、図が煩雑となるのを避けるために図
示していないが、図８（ａ），（ｂ）における開放側の
ラジアル滑り軸受２よりさらに開放側には、内部に満た
されているオイルの軸受部から外方への漏れ及び外部か
ら軸受部内への塵芥等の侵入の防止を図るための磁性流
体シール等のシール部材が適宜配設されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記何
れのタイプの動圧軸受装置（中心軸回転型及び中心軸固
定型）にあっても、以下の問題点がある。すなわち、図
７に示されるように、オイル粘度は普通使用範囲（０°
〜６０°）で十数倍変化する、すなわち温度によるオイ
ル粘度の変化が非常に大きく、且つオイル粘度の変化に
軸ロス、軸受剛性が比例するので、低温時にはオイル粘
度が異常に高く軸ロスが増大し、高温時にはオイル粘度
が低く軸受剛性が低下し振れ特性が悪化するといった問
題がある。

【００１３】従って、低温時の軸ロスと高温時の軸受剛
性の両方を満足させる必要があるが、低温時を基準（軸
ロスを規格上限）に考えると、高温時の軸受剛性を確保
するには、単純計算で低温時の軸受剛性を規格の十数倍
としなければならなくなるので、実際の設計としては無
理がある。

【００１４】そこで本発明は、温度によるオイル粘度の
変化が小さくされ、現実的な設計がなされる動圧軸受装
置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】第１手段の動圧軸受装置
は上記目的を達成するために、回転部材を回転可能に支
承する軸受を備え、この軸受の摺動部に充填された軸受
流体に動圧を生ぜしめるよう構成された動圧軸受装置に
おいて、発熱部位からの放熱を低減させる熱伝導低下手
段を具備した。

【００１６】第２手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、軸受を熱伝導率３
０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材より構成し、熱伝導低下手
段としたことを特徴としている。

【００１７】第３手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、軸受との間に摺動
部を形成する軸を熱伝導率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部
材より構成し、熱伝導低下手段としたことを特徴として
いる。

【００１８】第４手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、軸受及び該軸受に
対向する部材の摺動面の少なくとも一方に熱伝導率５
［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材を被膜し、熱伝導低下手段と
したことを特徴としている。

【００１９】第５手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、軸受を保持する軸
受ホルダーを熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材より
構成し、熱伝導低下手段としたことを特徴としている。

【００２０】第６手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、軸受を保持する軸
受ホルダーと軸受との間に熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以
下の部材を挟持して、熱伝導低下手段としたことを特徴
としている。

【００２１】第７手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、軸受を保持する軸
受ホルダーと軸受との接合を部分接合として、熱伝導低
下手段としたことを特徴としている。

【００２２】第８手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第１手段に加えて、フレーム及び軸の
少なくとも一方に切欠を設けて、熱伝導低下手段とした
ことを特徴としている。

【００２３】第９手段の動圧軸受装置は上記目的を達成
するために、上記第８手段に加えて、切欠に熱伝導低下
部材を充填したことを特徴としている。

【００２４】

【作用】このような第１乃至第９手段における動圧軸受
装置によれば、例えば図７に示されるオイルの場合、０
°Ｃ時の粘度は６０°Ｃ時の粘度に対して１２．８倍と
なるが、軸受部の軸ロスによる発熱量はオイル粘度に比
例するので、始動時の発熱量も１２．８倍となる。定常
状態の内部上昇温度は発熱量と放熱率で決まるが、放熱
率を一定と考えると、上昇温度は発熱量で決まる。すな
わち、内部の上昇温度は低温時の方が高温時よりも大き
くなる。例えば、図６の符号Ａを例にとると、温度上昇
により、０°Ｃの内部温度は１２．５°Ｃに、６０°Ｃ
の内部温度は６２°Ｃにそれぞれなり、その内部温度差
は４９．５°Ｃとなる。すなわち初期の６０°Ｃに対し
て実質上昇温度差が縮まることになる。さらに内部上昇
温度により、実使用時の温度が高温側にシフトすること
になるが、図７に示されるように、高温側の方が温度に
よる粘度変化が小さくなるので、同じ温度差でも高温側
の方が粘度比率が小さくなる。所謂、同じ４９．５°Ｃ
差でも、０°Ｃ−４９．５°Ｃの場合には粘度変化は
９．２倍となるが、１２．５°Ｃ−６２°Ｃの場合には
粘度変化は７．１倍と小さくなる。このように、粘度差
による上昇温度の差から、実質的な粘度変化を縮小でき
ることがわかる。第１乃至第９手段における動圧軸受装
置は、この性質をさらに積極的に利用し、実質的な粘度
変化を大幅に縮小しようというものである。すなわち、
熱伝導低下手段により放熱率を下げることにより、実質
的な粘度変化を縮小させるものである。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。先ず、本発明の基本的な原理について説明する。
オイル粘度は、図７に示されるように、低温側の曲線Ｘ
の傾きの方が高温側の曲線Ｙの傾きより大きくなってい
る、すなわちオイルの粘度変化は低温側で大きく高温側
で小さくなっており、且つオイルの上昇温度は低温時の
方が高温時よりかなり大きくなっている（図６参照）。

【００２６】従って、放熱率を下げて発熱部位からの放
熱を低減するようにすれば、実質的なオイル粘度に対す
る温度変化範囲は小さくなって粘度変化の小さい高温側
にシフトすることになる。すなわち、図７に示される動
作温度範囲が狭められて該範囲が右方向にシフトするこ
とになる。従って、低温時のオイル粘度は大幅に低下
し、高温時のオイル粘度は多少低下することになるの
で、温度によるオイル粘度の変化が小さくなる。

【００２７】この放熱率（熱伝導率）をパラメーターと
した測定温度とオイルの上昇温度との関係を示したのが
図６であり、熱伝導率をパラメーターとした低温時のオ
イル粘度と粘度変化を示したのが表１である。

【表１】

【００２８】表１より明らかなように、放熱率（熱伝導
率）が下がるにつれて、オイルの粘度変化が小さくなる
ことが判る。例えば、放熱条件Ａに対して放熱条件を
Ｂ，Ｃに改善すると、図６に示されるように、内部上昇
温度が高くなり、内部温度差が４９．５°Ｃ→４５°Ｃ
（放熱条件がＢの場合）、４１°Ｃ（放熱条件がＣの場
合）というように縮小し、且つ高温側にシフトすること
により、実質粘度変化は７．１倍→５．２倍（放熱条件
がＢの場合）、４．１倍（放熱条件がＣの場合）という
ように小さくなる。

【００２９】従って、以下に述べる各実施例において
は、上記特性を利用する、すなわち熱伝導低下手段によ
って発熱部位からの放熱を低減させることにより、オイ
ルの粘度変化を小さくするようにしている。

【００３０】図１乃至図５は本発明の各実施例を示す動
圧軸受装置を適用したＨＤＤ用モータを表しており、従
来技術で説明したのと同一なもの及び同一機能を果たす
ものについては同一符号が付してあり、重複を避けるた
めに、ここでの説明は省略する。

【００３１】図１（ａ），（ｂ）に示される例にあって
は、上記熱伝導低下手段として、ラジアル滑り軸受２２
を熱伝導率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の、例えばセラミッ
クより構成している。このセラミックを、例えば低熱伝
導率の鋼やプラスティックに代えても良い。

【００３２】このように、ラジアル滑り軸受２２を熱伝
導率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材で構成しているの
で、発熱部位からの放熱が低減するようになっており、
上述のようにオイルの粘度変化が小さくなって、現実的
な設計を行うことが可能となっている。

【００３３】また、図１（ａ），（ｂ）に示される中心
回転軸２３、中心固定軸３３を熱伝導率３０［Ｗ／ｍ／
Ｋ］以下の、例えばセラミックや低熱伝導率の鋼より構
成するようにしても、上述のように、ラジアル滑り軸受
２２を熱伝導率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材で構成し
たのと同様な効果を得ることができる。

【００３４】また、図１（ａ），（ｂ）に示されるラジ
アル滑り軸受を保持する軸受ホルダー２１ａ，２４ａを
熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の、例えばプラスティッ
クやセラミックより構成するようにしても、同様な効果
を得ることができる。

【００３５】なお、図１（ａ）に示される例にあって
は、中心回転軸２３の閉塞側端面２３ａに対向する部材
をフレーム２１と別体としてスラスト軸受とし、熱伝導
率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材で構成しても良い。ま
た、図１（ｂ）に示される例にあっては、軸受ホルダー
２４ａのフレーム側端面２４ｂに対向する部材をフレー
ム１１と別体としてスラスト軸受とし、熱伝導率３０
［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材で構成しても良い。さらにま
た、このスラスト軸受を保持する軸受ホルダーを設け、
該軸受ホルダーを熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材
より構成するようにしても良い。

【００３６】また、図２（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、ラジアル滑り軸受２及び該ラジアル滑り軸受２に対
向する部材（図２（ａ）に示される例にあっては中心回
転軸３、図２（ｂ）に示される例にあっては中心固定軸
１３）の摺動面の少なくとも一方に、熱伝導率５［Ｗ／
ｍ／Ｋ］以下の部材９をコーティング（被膜）しても、
同様な効果を得ることができる。

【００３７】また、スラスト滑り軸受１ｃ，１１ｃ及び
該スラスト滑り軸受１ｃ，１１ｃに対向する部材（図２
（ａ）に示される例にあっては中心回転軸３、図２
（ｂ）に示される例にあっては軸受ホルダー４ａ）の摺
動面の少なくとも一方に、熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以
下の部材９をコーティング（被膜）しても、同様な効果
を得ることができる。

【００３８】また、図３（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、軸受ホルダー１ａ，４ａとラジアル滑り軸受２との
間に、熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の、例えばプラス
ティック１０を挟むようにしても、同様な効果を得るこ
とができる。

【００３９】また、図４（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、ラジアル滑り軸受２の外周に凸凹面２ａ，２ｂを形
成し、軸受ホルダー１ａとラジアル滑り軸受２との接合
を部分接合としても、同様な効果を得ることができる。
なお、図示はしていないが同様な構成を中心軸固定型に
も適用できる。また、該凸凹面は軸受ホルダー１ａ，４
ａの内周に形成されていても良い。さらにまた、スラス
ト軸受をフレーム１，１１と別体とした場合には、該フ
レーム１，１１とスラスト軸受との接合を部分接合とす
れば良い。因に、接合部の断面積を軸受摺動部の面積の
１／２以下とすると効果的となる。

【００４０】また、図５（ａ）に示されるように、フレ
ーム１及び中心回転軸３の少なくとも一方の放熱経路の
途中に、例えば環状の切欠１ｂ，３ｂを設けても同様な
効果を得ることができる。また、図５（ｂ）に示される
ように、フレーム１１及び中心固定軸１３の少なくとも
一方の放熱経路の途中に、例えば環状の切欠１１ａ，１
３ａを設けても同様な効果を得ることができる。なお、
切欠としては環状に限定されるものではない。

【００４１】また、図５（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、上記切欠１ｂ，３ｂ，１１ａ，１３ａに、熱伝導低
下部材としての、例えばプラスティック２０を充填して
も良い。このように構成した場合には、上記切欠のみを
設けた場合に比べて、強度が補強されると共に振動吸収
がなされるという効果がある。

【００４２】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く、例え
ば、上記実施例においては、動圧軸受装置をＨＤＤ用の
スピンドルモータに対して適用した例が述べられている
が、他のモータに対して適用することも勿論可能であ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、第１乃至第９発明の
動圧軸受装置によれば、放熱条件を熱伝導低下手段によ
り改善するようにしたので、内部上昇温度が高くなって
内部温度差が縮小し、且つ高温側にシフトすることにな
る。従って、実質粘度変化が小さくなり、現実的な設計
を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す動圧軸受装置を適用
したＨＤＤ用モータであり、（ａ）は中心軸回転型の横
断面図、（ｂ）は中心軸固定型の横断面図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す動圧軸受装置を適用
したＨＤＤ用モータであり、（ａ）は中心軸回転型の要
部の横断面図、（ｂ）は中心軸固定型の要部の横断面図
である。

【図３】本発明の第３実施例を示す動圧軸受装置を適用
したＨＤＤ用モータであり、（ａ）は中心軸回転型の要
部の横断面図、（ｂ）は中心軸固定型の要部の横断面図
である。

【図４】本発明の第４実施例を示す動圧軸受装置を適用
した中心軸回転型のＨＤＤ用モータであり、（ａ）は横
断面図、（ｂ）はラジアル軸受を含む位置での縦断面図
である。

【図５】本発明の第５実施例を示す動圧軸受装置を適用
したＨＤＤ用モータであり、（ａ）は中心軸回転型の横
断面図、（ｂ）は中心軸固定型の横断面図である。

【図６】熱伝導率をパラメーターとした測定温度とオイ
ルの上昇温度との関係図である。

【図７】オイルの粘度と温度との関係図である。

【図８】従来技術を示す動圧軸受装置を適用したＨＤＤ
用モータであり、（ａ）は中心軸回転型の横断面図、
（ｂ）は中心軸固定型の横断面図である。

【符号の説明】

１ｂ，３ｂ，１１ａ，１３ａ 切欠（熱伝導低下手段） ２ａ，２ｂ 部分接合（熱伝導低下手段） ９ 被膜部材（熱伝導低下手段） １０ 挟持される部材（熱伝導低下手段） ２０ 熱伝導低下部材 ２２ 軸受（熱伝導低下手段） ２３，３３ 軸（熱伝導低下手段） ２１ａ，２４ａ 軸受ホルダー（熱伝導低下手段） Ａ，Ｂ 摺動部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転部材を回転可能に支承する軸受を備
   え、この軸受の摺動部に充填された軸受流体に動圧を生
   ぜしめるよう構成された動圧軸受装置において、 発熱部位からの放熱を低減させる熱伝導低下手段を具備
   した動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 軸受を熱伝導率３０［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材より構成
   し、熱伝導低下手段としたことを特徴とする動圧軸受装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 軸受との間に摺動部を形成する軸を熱伝導率３０［Ｗ／
   ｍ／Ｋ］以下の部材より構成し、熱伝導低下手段とした
   ことを特徴とする動圧軸受装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 軸受及び該軸受に対向する部材の摺動面の少なくとも一
   方に熱伝導率５［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材を被膜し、熱
   伝導低下手段としたことを特徴とする動圧軸受装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 軸受を保持する軸受ホルダーを熱伝導率５［Ｗ／ｍ／
   Ｋ］以下の部材より構成し、熱伝導低下手段としたこと
   を特徴とする動圧軸受装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 軸受を保持する軸受ホルダーと軸受との間に熱伝導率５
   ［Ｗ／ｍ／Ｋ］以下の部材を挟持して、熱伝導低下手段
   としたことを特徴とする動圧軸受装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 軸受を保持する軸受ホルダーと軸受との接合を部分接合
   として、熱伝導低下手段としたことを特徴とする動圧軸
   受装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の動圧軸受装置において、 フレーム及び軸の少なくとも一方に切欠を設けて、熱伝
   導低下手段としたことを特徴とする動圧軸受装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の動圧軸受装置において、 切欠に熱伝導低下部材を充填したことを特徴とする動圧
   軸受装置。