JPH10281145A

JPH10281145A - 流体軸受装置

Info

Publication number: JPH10281145A
Application number: JP9231997A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Asai; 拡光浅井; Ikunori Sakatani; 郁紀坂谷; Hiromitsu Muraki; 宏光村木; Katsuhiko Tanaka; 克彦田中
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】軸の曲げ剛性を向上させ回転体の振れまわり
を小さくし、また低温時の動トルクの低トルク化を図
る。【解決手段】軸の直径を２〜５ｍｍとし、ラジアル軸
受すきまの潤滑剤として動粘度が４０℃で２０〜２００
ｃＳｔのフッ素油を用い、かつラジアル軸受すきまを
３．５〜１０μｍとしたことを特徴とする流体軸受装置
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、流体軸受装置に関
するものであり、更に詳しくは情報機器、音響・映像機
器用スピンドルモーターの流体軸受装置に関し、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
モーター用の流体軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスク装置、磁気ディスク装
置のスピンドルモーター用流体軸受装置はデータの高速
転送の要求により、ますます高速回転化の傾向にある。
このため、スピンドルモーターの支持軸受には高速回転
に伴う回転部の不釣り合いによる遠心力の影響がますま
す大きくなってきている。

【０００３】図２に従来の軸受装置の断面図を示す。回
転部材は軸３０、ディスク取付フランジ３１及びロータ
ー３３で構成されている。軸３０はディスク取付フラン
ジ３１に圧入されており、ローター３３はディスク取付
フランジ３１の下面に固定して設置されている。

【０００４】また、軸３０を支持する支持部材は、ステ
ーター３４、基台３５、軸受部材３６及び鋼球３７で構
成されている。軸受部材３６に設けた円筒状のラジアル
軸受面３６ａにラジアル動圧軸受として機能するための
動圧発生用の溝が設けられており、軸受部材３６は基台
３５に圧入されている。軸受部材３６の下端部には鋼球
３７が圧入されており、その鋼球３７がスラスト軸受と
しての機能を果たしている。ステーター３４は軸受部材
３６に圧入して固定されている。

【０００５】つぎに動作としては、ステーター３４に通
電されると、回転磁界が生じこれによりローター３３は
軸３０及びディスク取付フランジ３１と共に回転する。
これによりラジアル軸受面３６ａに設けた動圧発生用の
溝のポンピング作用によりラジアル軸受すきまの潤滑剤
の圧力が高められ初めのラジアル軸受面３６ａとラジア
ル受面３０ｂの接触状態から無接触状態で回転する。

【０００６】それと共に、スラスト軸受においても、ス
ラスト軸受面３０ａと軸３０の端面に設けられたスラス
ト受面３７ａで点接触してすべり軸受を構成する。この
スラスト軸受もスラスト軸受面３０ａとスラスト受面３
７ａの間に潤滑剤が入っており、潤滑剤を介した点接触
の状態で回転する。

【０００７】また、潤滑剤として境界潤滑性の良い合成
油について検討した。特に、上記に示すラジアル軸受及
びスラスト軸受の負荷容量は使用する潤滑剤の粘度に比
例するものである。合成油は温度変化に対する粘度変化
が大きいため高温時において必要な負荷容量を満足する
油は低温時の粘度増加が大きく軸受の動トルクが大きく
なるものや、逆に低温時に最適な軸受の動トルクが得ら
れるような粘度の油を選べば、高温時に粘度が低下して
負荷容量が不足するというものであった。合成油は、基
本的に温度粘度特性が良くないため、軸受装置の低トル
ク化のために軸の直径を１．５ｍｍにしたり、負荷容量
を確保するためにラジアル軸受面３６ａとラジアル受面
３０ｂとの間のラジアル軸受すきまの間隔を約３μｍと
狭くしていた。

【０００８】しかし、軸受装置が高速回転を行うように
なると、ディスク装着時の不釣り合いにより遠心力が大
きくなり、軸の曲げ剛性が不足し、回転体の振れまわり
が大きくなるという問題が生じている。また、軸受装置
には装置の省電力化の要求から低温時の低トルク化も求
められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】請求項１記載の発明
は、軸の曲げ剛性の向上を図り、回転体の振れまわりが
大きくなるという問題点を解消し、低温時の動トルクの
低トルク化を図る流体軸受装置を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
軸受部材に設けた円筒状のラジアル軸受面が軸に設けた
ラジアル受面とラジアル軸受すきまを介して対向し前記
ラジアル受面とラジアル軸受面との少なくとも一方に動
圧発生用の溝を設けた流体軸受装置において、軸の直径
を２〜５ｍｍとし、ラジアル軸受すきまの潤滑剤として
動粘度が４０℃で２０〜２００ｃＳｔのフッ素油を用
い、かつラジアル軸受すきまを３．５〜１０μｍとした
ことを特徴とする流体軸受装置を提供するものである。

【００１１】軸の直径を２〜５ｍｍとし、軸の曲げ剛性
を向上させるものである。この範囲であれば回転体であ
る回転部材の振れまわりを小さくすることが可能とな
る。この場合、軸の直径が５ｍｍより太くなると動トル
クが大きくなり過ぎる。

【００１２】潤滑剤としては、低温時におけるトルクの
増大が少ないフッ素油を用いる。特に、温度粘度特性の
よい４０℃での動粘度が２０〜２００ｃＳｔのフッ素油
を用い、かつラジアル軸受面とラジアル受面との間のラ
ジアル軸受すきまを３．５〜１０μｍとすることによっ
て低温時に適切な動トルクが得られる。

【００１３】これにより、軸受装置の省力化の要請に応
えることが可能となる。低温時には常温時の潤滑油の粘
度特性とは異なり、粘度増加により軸受装置の作動のた
めのエネルギーもアップしなけばならず常温では必要と
されないエネルギーの要求があった。本発明はそのよう
な余分のエネルギーを使わずに軸受装置を駆動すること
が可能となる。

【００１４】潤滑剤であるフッ素油の特性として、４０
℃で２０ｃＳｔより小さいと動トルクは小さくなるが高
温時の負荷容量が不足することになり、４０℃で２００
ｃＳｔより大きくなると負荷容量は大きくなるが低温時
の動トルクは大きくなりすぎる。それ故、本発明の効果
を十分に発揮させるためには、上記に示したように４０
℃で２０〜２００ｃＳｔの範囲で使用することが望まし
い。

【００１５】なお、潤滑剤であるフッ素油は、末端にカ
ルボン酸を有するパーフルオロポリエーテルを０．１乃
至１０重量％混合されて備えていると、境界潤滑性や潤
滑剤のもれ性がさらに改善される。

【００１６】ただし、末端にカルボン酸を有するパーフ
ルオロポリエーテルを０．１重量％より少なくフッ素油
が備えていると境界潤滑性や潤滑剤のもれ性が劣ること
になる。また、末端にカルボン酸を有するパーフルオロ
ポリエーテルを１０重量％より多くフッ素油が備えてい
るとフッ素油の物性が劣り、低温時に適切な動トルクを
得ることが困難となる。

【００１７】また、ラジアル軸受面とラジアル受面との
間のラジアル軸受すきまは、３．５μｍより小さいと低
温時において動トルクが大きくなり、また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
足することになる。それ故、本発明の効果を十分に発揮
させるためには、上記に示したようにラジアル軸受すき
まは３．５〜１０μｍとすることが望ましい。

【００１８】さらに、ラジアル軸受すきまを３．５〜１
０μｍの範囲内にすることによって、軸受部材内に空気
抜き穴を設けなくても軸受部材内に潤滑剤を注入した状
態であっても、軸受部材に軸の挿入が容易となる効果が
ある。

【００１９】軸受部材に設けた円筒状のラジアル軸受面
が軸に設けたラジアル受面とラジアル軸受すきまを介し
て対向しているが、さらに軸の端面に設けたスラスト受
面が軸受部材に設けたスラスト軸受面と対向しても良
い。

【００２０】また、流体軸受装置のラジアル軸受面とラ
ジアル受面との少なくとも一方に動圧発生用の溝が設け
てあればよく、特にラジアル軸受面あるいはラジアル受
面のいずれかに限定されるものではない。

【００２１】スラスト受面とスラスト軸受面とで点接触
とする構造にすると、接触面積を大幅に減らし、動トル
クの減少を図ることができる。スラスト受面とスラスト
軸受面とが潤滑剤を介して対向することにより境界潤滑
性の向上が期待でき、接触面間における摩耗も減らせる
ことが可能となるものである。特にスラスト軸受面に凸
球面を設けると、軸受部材にスラスト軸受を構成する鋼
球を圧入する工程を省くことができ、組立作業性の向上
を図るということになる。

【００２２】ラジアル軸受面とスラスト軸受面とを有す
る軸受部材は合成樹脂の一体成形でも良いが、一体成形
ではなく、ラジアル軸受面を有する軸受部材を快削黄
銅、リン青銅などの銅系金属とし、スラスト軸受面を有
するスラスト受部材を耐摩耗金属またはセラミックなど
からなる板で構成し、スラスト受部材を軸受部材に固定
しても良い。このような構成を採ることによっても軸受
部材の曲げ合成の強度を保ち、スラスト受部材の摩耗発
生という現象を抑えることができるからである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて説明する。図１は本発明の軸受装置の
断面図を示す。回転部材は軸１、ディスク取付フランジ
６及びローター３を備えている。回転部材を支持する支
持部材はステーター４、基台２及び軸受部材５を備えて
いる。

【００２４】回転部材の基本的な構成は、図２に示した
従来の軸受装置と同一であるため、その説明を省略す
る。本発明の軸受装置における軸１の材質として、一般
的に使用されている熱処理されたＳＵＳ４４０Ｃのステ
ンレス鋼を用いる。ただし、本発明の構成要件である軸
の直径２〜５ｍｍの条件を満足すれば、本発明の軸受装
置で使用する軸１の材質は特に限定されるものではな
い。

【００２５】回転部材を支持する支持部材も基本的な構
成は、図２に示した従来の軸受装置と同じであるが、軸
受部材の形状等が従来の軸受装置と異なるためその点を
中心に説明する。

【００２６】本発明の軸受装置では、軸受部材５はフラ
ンジ５ｃを軸受部材５の円筒部の下部に設けている。つ
まり、軸受部材は動圧発生用の溝の部分とフランジとは
軸方向位置が異なっている。このような構造にすること
によって、合成樹脂製の軸受部材の射出成形時にフラン
ジ５ｃの影響で動圧発生用の溝の部分の精度が落ちるの
を防止するものである。

【００２７】また、従来軸受部材の中にスラスト受部材
である鋼球を圧入することによって、スラスト軸受のス
ラスト軸受面をなしていたが、本発明においてはスラス
ト軸受面を軸受部材５に設けており、スラスト軸受面は
中心部が凸球面５ｄになっている。

【００２８】このような構造を採ることによって、合成
樹脂製の軸受部材の射出成形時に軸受部材に凸部を同時
に成形でき、軸受部材の中にスラスト受部材である鋼球
を圧入する工程を省くことができ、組立作業性の向上を
図ることが可能となるものである。

【００２９】さらに、基台２をアルミダイカスト、亜鉛
ダイカスト等の金属性のものを使用し、図１に示すよう
に軸受部材５の円筒部５ｅを基台２の円筒部２ａに圧入
して取り付け、合成樹脂製の軸受部材５の曲げ合成を補
強している。この場合、特に基台の円筒部２ａを長く
し、軸受部材の円筒部５ｅに沿うようにし、合成樹脂製
の軸受部材５の曲げ剛性を補強している。

【００３０】本発明の軸受装置では、流体軸受の軸受部
材の曲げ剛性を強くするために軸受部材のラジアル軸受
面を有する円筒部５ｅを快削黄胴、リン青銅などの銅系
金属とし、スラスト軸受面を有するスラスト受部材を軸
受部材に固定しても良い。スラスト受部材をセラミック
などからなるスラスト板とする構造を採ることも可能で
ある。このような構造とした場合には基台２の円筒部分
２ａを長くしなくても軸受部材５の曲げ剛性の強度は確
保できる。

【００３１】軸受部材の円筒部５ｅと基台の円筒部２ａ
の間に接着剤を充填すると、軸受部材５の曲げ剛性がさ
らに強くなる。回転部材を支持する支持部材は、ステー
ター４を基台の円筒部２ａに圧入等によって組み込むこ
とによって完成する。

【００３２】つぎに、軸受部材の円筒部２ａの構造につ
いて説明する。軸受部材の円筒部２ａの内周面には円筒
状のラジアル軸受面５ａが軸方向に間隔をおいて二ヶ所
に設けられ、これらのラジアル軸受面５ａにはヘリング
ボーン形状の動圧発生用の溝がそれぞれ設けられてい
る。また軸受部材５の内周に配設した軸１はラジアル軸
受面５ａにラジアル軸受すきま７内の潤滑剤を介して対
向する円筒状のラジアル受面１ａをそれぞれ有してい
る。

【００３３】ラジアル軸受すきま７は、本発明の構成要
件である３．５〜１０μｍの条件を満足するように設定
する。特に、この範囲以外になると負荷容量が小さくな
ったり、動トルクが大きくなる。

【００３４】軸１の下端面はスラスト軸受面１ｂと潤滑
剤を介して対向するスラスト受面５ｂを有し、このスラ
スト受面５ｂはスラスト軸受面１ｂとの接触面積を減ら
すため凸球面とし点接触の状態としている。

【００３５】ラジアル軸受面５ａとラジアル受面１ａと
の間及びスラスト軸受面１ｂとスラスト受面５ｂとの間
には、潤滑剤として動粘度が４０℃で２０〜２００ｃＳ
ｔのフッ素油を入れてある。

【００３６】つぎに本発明の軸受装置の動作について説
明する。ただし、基本的な動作は従来の軸受装置と同じ
であるため動作の概略を述べるにとどめる。つまりステ
ーター４に通電されると、回転磁界が生じこれによりロ
ーター３は軸１及びディスク取付フランジ６と共に回転
する。そして軸１及びローター３等で構成する回転部材
が回転すると、スラスト軸受面１ｂがスラスト受面５ｂ
に潤滑剤を介して点接触した状態で回転する。

【００３７】このようにスラスト軸受面１ｂとスラスト
受面５ｂとは点接触してすべり軸受を構成するが、スラ
スト軸受面１ｂとスラスト受面５ｂとの間のスラスト軸
受すきま８内に潤滑剤が入りそれぞれ対向して点接触す
るので境界潤滑性が改善され、スラスト軸受面１ｂとス
ラスト受面５ｂとの摩耗が少なくなる。

【００３８】上記に示すスラスト軸受面１ｂに対してス
ラスト受面５ｂが、点接触して回転する共に動圧発生用
の溝のポンピング作用によってラジアル軸受面５ａとラ
ジアル受面１ａとの間のラジアル軸受すきま７内の潤滑
剤の圧力がそれぞれ高くなりラジアル軸受面５ａはラジ
アル受面１ａに非接触で回転する。このように回転動作
が始まっても、本発明の軸受装置の構造であれば軸の曲
げ剛性を確保し、低温時のトルクの増大を抑制すること
が可能となる。

【００３９】さらに、境界潤滑性や潤滑剤のもれ性を向
上させるためには、フッ素油は末端にカルボン酸を有す
るパーフルオロポリエーテルを０．１〜１０重量％混合
されて備えていることにより達成される。

【００４０】本発明の軸受装置では、フッ素油の防錆能
力の不足ということを考慮して、軸の材料としてはステ
ンレス鋼を用い、軸受部材にはプラスチックを使用して
いる。さらに、起動停止時の摺動性の向上ということを
考えると、軸受部材の材料としては炭素繊維とテフロン
を含むＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）を使
うこともできる。この発明は、流体軸受装置を倒置し、
軸受部材５が回転し、この軸受部材５を軸１が支持する
ようにもできる。

【００４１】

【発明の効果】軸の曲げ剛性の向上を図り、低温時の動
トルクの低トルク化を可能とすることができる。さら
に、軸受部材がラジアル軸受面とスラスト軸受面とを有
すると、スラスト軸受の構造を簡単なものにすることに
よって、組立作業性の向上を図ることが可能となり、ま
た部品点数の削減を図ることにより、製品全体のコスト
を大幅に減らすことが可能になり、経済的にも有利な効
果をもたらすものである。

【００４２】また、ラジアル軸受すきまを３．５〜１０
μｍにすることによって、軸受部材の底面に空気抜き穴
を設けなくても良く、軸受加工の簡略化を図ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受装置の断面図である。

【図２】従来の軸受装置の断面図である。

【符号の説明】

１軸１ａラジアル受面１ｂスラスト軸受面２基台３ローター４ステーター５軸受部材５ａラジアル軸受面５ｂスラスト受面５ｃフランジ５ｄ凸球面５ｅ円筒部７ラジアル軸受すきま

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中克彦神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号日本精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受部材に設けた円筒状のラジアル軸受
面が軸に設けたラジアル受面とラジアル軸受すきまを介
して対向し、前記ラジアル軸受面とラジアル受面との少
なくとも一方に動圧発生用の溝を設けた流体軸受装置に
おいて、軸の直径を２〜５ｍｍとし、ラジアル軸受すき
まの潤滑剤として動粘度が４０℃で２０〜２００ｃＳｔ
のフッ素油を用い、かつラジアル軸受すきまを３．５〜
１０μｍとしたことを特徴とする流体軸受装置。