JP2004132455A - 動圧軸受装置及びディスク記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フランジ部材3とスラスト板6との互いに対向する面の少なくともいずれか一方の平面には外側スラスト動圧溝3aが、フランジ部材3これに対向するスリーブ4の段状凹部5aの平面の少なくともいずれか一方には内側スラスト動圧溝3bを有し、ラジアル動圧溝4a,4bとスラスト動圧溝3a,3bは潤滑剤で満たされている。スリーブの軸受穴4cと段状凹部5aとの間には空所4dを有し、前記フランジ部材の内面から外面に貫通し、空所4dと外側スラスト動圧溝3aとを連通する流通穴3cを設けることで油膜切れが生じない信頼性が高い動圧軸受装およびディスク記録装置が得られる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録または再生装置に用いられる動圧軸受装置及びそれを用いたディスク記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ディスクを回転させながら信号の記録再生を行うディスク記録装置はそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の装置に用いられる回転装置は高速、高精度回転が必要となり、その回転主軸部には、特許文献1に開示されているような中心軸の両端を支持することが可能な構造の流体軸受装置が用いられている。
【0003】
以下、図8を参照しながら、上述した従来の動圧軸受装置の一例について説明する。図8において、ベース部材21に固定軸22の一端が植設され、スリーブ24が一体的に構成されたロータハブ25が固定軸22に対して回転自在に嵌め合わされている。固定軸22の他端側近傍にはフランジ部材23が固定され、フランジ部材23はスリーブ24またはロータハブ25に設けられた段状凹部25aに収納されている。フランジ部材23を覆うようにしてスラスト板26がスリーブ24またはロータハブ25に固定されている。
【0004】
固定軸22の外周面または、スリーブ24の軸受穴24cの内周面のいずれか一方には、少なくとも一組の、通常は二組の魚骨状のラジアル動圧溝24a,24bが設けられており、また、フランジ部材23の上面と、スラスト板26のフランジ部材23に対向する面の少なくともいずれか一方には、魚骨状または螺旋状の外側スラスト動圧溝23aが設けられているとともに、フランジ部材23の下面とこれに対向するスリーブ24の段状凹部25aの平面のいずれか一方にも内側スラスト動圧溝23bを有しており、それぞれの動圧溝24a,24b,23a,23b及びこれら周辺を含む隙間の全体には潤滑剤27が注油されている。
【0005】
ロータハブ25にはロータ磁石28が、またベース部材21にはモータステータ29が取り付けられている。23cは二組のスラスト動圧溝23a,23bの内周にあって、フランジ部材23の上下面間を繋ぐ流通穴である。第8図において、スリーブ24はロータハブ25の内側に一体的に構成されている。図9はフランジ部材23を示しており、内側スラスト動圧溝23bの内側に流通穴23cを有している。
【0006】
以上のように構成された従来の動圧軸受装置について、図8を用いてその動作を説明する。モータステータ29に通電され、回転磁界が発生すると、ロータ磁石28は、ロータハブ25、スリーブ24、スラスト板26と共に回転を始める。この時、魚骨状のラジアル動圧溝24a,24bは潤滑剤27を掻き集めポンピング作用により圧力を発生せしめ、また魚骨状または螺旋状のスラスト動圧溝23a,23bもそれぞれ潤滑剤27を掻き集め、これらの発生圧力により回転体は完全非接触状態となって回転する。そして図示していないが、ロータハブ25に取り付けられたディスクがスリーブ24と一緒に回転駆動され、図示しないヘッドにより電気信号の記録と再生が行われる。このような信号の記録再生については一般のハードディスク装置または光ディスク装置と同じであるので詳細な説明は省略する。
【0007】
【特許文献1】
米国特許第5433529号明細書
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の構成では、次のような問題がある。図10に示すように、動圧軸受装置に潤滑剤27が注入された直後においては外側スラスト動圧溝23aと内側スラスト動圧溝23bが互いにポンプ力を発生し合い、潤滑剤27は図中矢印BまたはC方向に循環することができる。しかしながら回転の起動停止を多数回繰り返すと矢印A方向に潤滑剤27が流出し、軸受装置の周辺を汚染するという問題があった。さらに一旦流出が始まると潤滑剤の流出は止まらなくなり、やがて図11に示すように潤滑剤が不足した状態に変化するが、図中矢印BまたはC方向に潤滑剤が移動するとスラスト動圧溝23aまたはスラスト動圧溝23bにおいて油膜切れが生じて軸受は接触し、摩耗を始めるという問題があった。
【0009】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、潤滑剤の流出を確実に防止し、ディスク記録装置の性能と信頼性を向上するようにした動圧軸受装置およびそれを用いたディスク記録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】
上記目的を達成するために、本発明は、一端がベース部材に固定され、他端側近傍にフランジ部材が略直角に取り付けられた固定軸と、前記固定軸における前記ベース部材と前記フランジ部材との間に回転自在に嵌合された軸受穴を有し、前記軸受穴の一端に設けられた段状凹部に前記フランジ部材を収納するスリーブと、前記フランジ部材を覆うように前記スリーブに固着された略輪状のスラスト板と、互いに対向する前記固定軸の外周面と前記スリーブの軸受穴の内周面の少なくともいずれか一方に設けられたラジアル動圧溝と、互いに対向する前記フランジ部材とスラスト板の少なくともいずれか一方に設けられた外側スラスト動圧溝、および、互いに対向する前記フランジ部材と前記スリーブの段状凹部の平面の少なくともいずれか一方にそれぞれ設けられた内側スラスト動圧溝と、前記前記スリーブの軸受穴と段状凹部との間に設けられた空所と、前記フランジ部材の内面から外面に貫通し、前記空所から前記外側スラスト動圧溝に連通する流通穴と、前記ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝に満たされた潤滑剤と、前記スリーブと一体的に形設されたロータハブに取り付けられたロータ磁石および前記ロータ磁石に対向して前記ベース部材に取り付けられたモータステータとからなることを特徴とする。この構成によれば、ラジアル動圧溝と外側スラスト動圧溝は潤滑剤で満たされ、潤滑剤の流出は確実に防止され、信頼性が高い動圧軸受装置の構成を得ることができる。
【0011】
また、上記のような動圧軸受装置のロータハブに記録再生用ディスクを同軸上に固定してスリーブと共に回転自在に支持し、回転する前記記録再生ディスクの面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、かつこの磁気ヘッドまたは光学ヘッドは前記ディスク面に平行に可動自在に構成し、信号の記録または再生を行うディスク記録装置を特徴とする。これによれば、ディスク記録装置の性能と信頼性を著しく向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1〜図4は本発明の実施の形態1における流体軸受装置を示したもので、図1は流体軸受装置の断面を示している。図1において、1はベース部材、2は固定軸、3はフランジ部材、4はスリーブ、5はスリーブ4と一体となったロータハブ、6はスラスト板、7は潤滑油、8はロータ磁石、9はモータステータである。
【0013】
固定軸2は、その一端がベース部材1に植設固定されており、この固定軸2は他端側近傍にフランジ部材3を有する。固定軸2の外周には、軸受穴4cを有し、ロータハブ5と一体的に設けられたスリーブ4が回転自在に嵌め合わされており、また、フランジ部材3は、スリーブ4またはロータハブ5の段状凹部5aに収納されている。またフランジ部材3を覆うように、略リング形状のスラスト板6がスリーブ4またはロータ5に固定されている。
【0014】
スラスト板6のべース部材側の平面または、これに対向するフランジ部材3の面の少なくともいずれか一方には略魚骨状の外側スラスト動圧溝3aが設けられ、また、フランジ3とこれに対向するスリーブ4の段状凹部の平面の少なくともいずれか一方にも内側スラスト動圧溝3bが設けられている。また、固定軸2の外周面またはスリーブ4の軸受穴4cのいずれか一方には少なくとも一組の、通常は二組の例えば魚骨状のラジアル動圧溝4a,4bが設けられ、ラジアル動圧溝4a,4bおよびスラスト動圧溝3a,3bには潤滑剤7が注入されている。
【0015】
スリーブ4に一体化されたロータハブ5にはロータ磁石8が、またベース部材1にはモータステータ9が固定されている。
【0016】
フランジ部材3には、流通穴3cと通気溝3dが設けられ、スリーブの軸受穴4cと段状凹部5aとの間には空所(径大部)が設けられて、この部分は空気溜りになっている。また固定軸2の上部は上細径部2aが、下部は下細径部2bがそれぞれ形成されており、下細径部2bはスリーブ4の径小部4eと対向するようになっている。
【0017】
図2において、3aは外側スラスト動圧溝、3cは流通穴、3dは通気溝である。また、図3における3bは内側スラスト動圧溝、3cは流通穴、3dは通気穴である。
【0018】
以上のように構成された本実施の形態における流体軸受装置について、以下その動作を説明する。モータステータ9が通電され、回転磁界が発生すると、ロータ磁石8は、スリーブ4,ロータハブ5,スラスト板6と共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝4a,4b、外側および内側スラスト動圧溝3a,3bは潤滑剤7を掻き集めてポンビング作用により圧力を発生し、回転体は完全非接触状態となる。固定軸2の上部には上細径部2aがあり、スラスト板の内周面も充分に小さくしているため、軸受が回転を始めると潤滑剤7は遠心力により径の大きい方へ移動しようとするため上方の開放端からの流出が防止され、潤滑剤7は外側スラスト動圧溝3aに向かって供給される。また固定軸2の下部にも、下細径部2bが設けられており、回転中に、スリーブ4の径小部4eに注油された潤滑剤7は径が大きい方へ移動しようとするため流出が防止され、ラジアル動圧溝4bに向かって供給される。
【0019】
さらに図4において、この流体軸受装置は、外側および内側スラスト動圧溝3a,3b近傍に潤滑剤7が注油されているが、回転中においては、これら動圧溝のポンピング力のアンバランスにより、潤滑剤は流通穴3cを経由して図中矢印D方向か、またはその逆方向に循環することが可能である。このように潤滑剤7が循環することで動圧溝部の油膜切れが防止される。空所4dと流通穴3cは直接に繋がっており、この空所4dに蓄えられた潤滑剤7は回転力の影響を受けて流通穴3cに流れ込み、外側スラスト動圧溝3aに到達すると、今度はこの外側動圧溝3aのポンプ力に引きずり込まれるため、スラスト動圧溝は油膜切れが防止される。
【0020】
また、フランジ部材3の上下面間に大きな圧力差が生じる場合は、通気溝3dを予め設けておけば、図中矢印Eに示すように空気が流通することで圧力差を生じないようにすることができる。これにより一層油膜切れを防止することができる。本実施の形態においては、固定軸2の直径は2〜6ミリメートル、流通穴3cは丸穴とし、直径は0.3〜1.0ミリメートルとした。
【0021】
図10,図11の従来例においては、流通穴23cはスラストプレート(フランジ部材23)よりも内径部に設けられ、かつ外側スラスト動圧溝23aおよび内側スラスト動圧溝23bよりも内側部に設けられているが、本発明においては、図4〜図6に示すように、スラストプレート(フランジ部材3)の面上に設けられ、かつ図2に示すように、外側スラスト動圧溝3a面上に設けられており、また、図3に示すように、内側スラスト動圧溝3bに少なくとも流通穴の一部が覆い被さるように設けられている。このように流通穴を設けることにより流通穴は潤滑剤で充満され、循環することが可能である。さらに流通穴3cは、図4の空所4d部における直径Fで示す略円筒状の壁に少なくとも穴の一部がかかるように設けられており、回転中は潤滑剤7が遠心力により流通穴3cに送り込まれるので、潤滑剤7の循環作用をより確実なものにしている。このように、本実施の形態1においては、スラスト動圧部の潤滑剤の流出を防止することができる。
【0022】
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2におけるフランジ部材3を示したものであるが、スラスト動圧溝としては外側スラスト動圧溝3aだけが設けられ、フランジ部材3の下面には動圧発生溝は形成していない。この場合でも空所4dに蓄えられた潤滑剤7は流通穴3cを通って循環することができ、これにより外側スラスト動圧溝3aは油膜切れが防止される。
【0023】
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3を示したものである。フランジ部材3とラジアル動圧溝4aとの間において、固定軸2の外周面からその内部を通って軸受部の外部に連通する通気穴2cを設けたものである。この通気穴2cにより、フランジ部材3の上下間において圧力差の発生が防止され、油膜切れが防止される。
【0024】
図5および図6に示す実施の形態2および実施の形態3の効果については実施の形態1と同じである。
【0025】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、スラスト動圧溝の潤滑剤は良好に循環することが可能になり、また圧力や温度に変化があった場合にも潤滑剤が外部に流出したり油膜切れを生じたりしないため、高い信頼性を有する流体軸受装置の構成が得られる。
【0026】
(実施の形態4)
図7は、本発明の実施の形態4を示したもので、上記本発明の動圧軸受装置を用いたディスク記録装置であり、以下にその構成を説明する。1は動圧軸受装置のベース部材、2は固定軸、5はロータハブである。また、10はディスク記録装置のベース、11は上蓋、12はディスク、13はスペーサ、14はヘッド、15は回動アーム、16は支柱である。固定軸2の上端部は上蓋11とネジ17またはナットにより固定され、装置全体が強固に構成される。
【0027】
次に、図7に基づき、本発明のディスク記録装置の動作について説明する。図1に示すモータステータ9が通電されると、ロータ磁石8は、ディスク12、スペーサ13と共に回転を始める。この時ラジアル動圧溝4a,4b、スラスト動圧溝3a,3bは潤滑剤7を掻き集めポンピング作用により圧力を発生し、回転体は完全非接触状態となり、ディスク12は高精度に一定速度で回転する。図7においてヘッド14は支柱16と回動アーム15に回動自在に支えられて、回動しながらディスク12との間で信号の記録または再生を行う。
【0028】
高精度であり、潤滑剤の流出がない動圧軸受装置とディスク装置の組み合わせ効果は、工業上大変価値が高く、記録密度を大幅に向上でき、また長時間に渡り高いディスク記録装置の信頼性が保証され、コンピュータ等の多くの応用機器に搭載が可能になる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体軸受装置によれば、空所と外側スラスト動圧溝とを流通穴で連通させることにより、スラスト動圧溝の潤滑剤を良好に循環させることが可能になり、また圧力や温度に変化があった場合にも潤滑剤が外部に流出したり油膜切れを生じたりすることがないため、高い信頼性を有する流体軸受装置が得られ、高精度で長期にオイル切れのない、信頼性の高いディスク記録装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における動圧軸受装置の断面図
【図2】本発明の動圧軸受装置におけるフランジ部材の外側スラスト動圧溝の詳細図
【図3】本発明の動圧軸受装置におけるフランジ部材の内側スラスト動圧溝の詳細図
【図4】本発明の実施の形態1における動圧軸受装置の流通穴部の動作説明図
【図5】本発明の実施の形態2における動圧軸受装置の流通穴部の構成および動作説明図
【図6】本発明の実施の形態3における固定軸の構成図
【図7】本発明の動圧軸受装置を適用したディスク記録装置の断面図
【図8】従来例の動圧軸受装置の断面図
【図9】従来例のフランジ部材の詳細図
【図10】従来例の流通穴の動作説明図
【図11】従来例の流通穴の動作説明図
【符号の説明】
1 ベース部材
2 固定軸
2a 上細径部
2b 下細径部
3 フランジ部材
3a 外側スラスト動圧溝
3b 内側スラスト動圧溝
3c 流通穴
3d 通気溝
4 スリーブ
4a,4b ラジアル動圧溝
4d 空所
5 ロータハブ
5a 段状凹部
6 スラスト板
7 潤滑剤
8 ロータ磁石
9 モータステータ
12 ディスク
13 スペーサ
14 ヘッド
15 回動アーム
16 支柱
Claims (6)
- 一端がベース部材に固定され、他端側近傍にフランジ部材が略直角に取り付けられた固定軸と、
前記固定軸における前記ベース部材と前記フランジ部材との間に回転自在に嵌合された軸受穴を有し、前記軸受穴の一端に設けられた段状凹部に前記フランジ部材を収納するスリーブと、
前記フランジ部材を覆うように前記スリーブに固着された略輪状のスラスト板と、
互いに対向する前記固定軸の外周面と前記スリーブの軸受穴の内周面の少なくともいずれか一方に設けられたラジアル動圧溝と、
互いに対向する前記フランジ部材とスラスト板の少なくともいずれか一方に設けられた外側スラスト動圧溝、および、互いに対向する前記フランジ部材と前記スリーブの段状凹部の平面の少なくともいずれか一方にそれぞれ設けられた内側スラスト動圧溝と、
前記スリーブの軸受穴と段状凹部との間に設けられた空所と、
前記フランジ部材の内面から外面に貫通し、前記空所から前記外側スラスト動圧溝に連通する流通穴と、
前記ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝に満たされた潤滑剤と、
前記スリーブと一体的に形設されたロータハブに取り付けられたロータ磁石および前記ロータ磁石に対向して前記ベース部材に取り付けられたモータステータと、
からなることを特徴とする動圧軸受装置。 - 一端がベース部材に固定され、他端側近傍にフランジ部材が略直角に取り付けられた固定軸と、
前記固定軸における前記ベース部材と前記フランジ部材との間に回転自在に嵌合された軸受穴を有し、前記軸受穴の一端に設けられた段状凹部に前記フランジ部材を収納するスリーブと、
前記フランジ部材を覆うように前記スリーブに固着された略輪状のスラスト板と、
互いに対向する前記固定軸の外周面と前記スリーブの軸受穴の内周面の少なくともいずれか一方に設けられたラジアル動圧溝と、
互いに対向する前記フランジ部材とスラスト板の少なくともいずれか一方に設けられたスラスト動圧溝と、
前記スリーブの軸受穴と段状凹部との間に設けられた空所と、
前記フランジ部材の内面から外面に貫通し、前記空所から前記スラスト動圧溝に連通する流通穴と、
前記ラジアル動圧溝およびスラスト動圧溝に満たされた潤滑剤と、
前記スリーブと一体的に形設されたロータハブに取り付けられたロータ磁石および前記ロータ磁石に対向して前記ベース部材に取り付けられたモータステータと、
からなることを特徴とする動圧軸受装置。 - 流通穴は、スラスト動圧溝の形成領域に設けられ、かつその外側がスラスト板で覆われていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の動圧軸受装置。
- 固定軸とフランジ部材の当接面において、前記固定軸の外周またはフランジ部材の内周の少なくともいずれか一方に、軸方向に伸びる通気溝を有し、前記フランジ部材の外面と内面の間を前記通気溝で連通させたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の動圧軸受装置。
- 固定軸における空所に対向する外周面から、固定軸内部を通って軸受外部に連通する通気穴を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の動圧軸受装置。
- 請求項1から請求項5に記載の動圧軸受装置のロータハブに記録再生用ディスクを同軸上に固定してスリーブと共に回転自在に支持し、回転する前記記録再生ディスクの面に磁気ヘッドまたは光学ヘッドを対向して設け、かつこの磁気ヘッドまたは光学ヘッドは前記ディスク面に平行に可動自在に構成してなり、信号の記録または再生を行うことを特徴とするディスク記録装置。
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