JP2006084023A - 流体動圧軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受に設けられる表面構造をより簡単かつ低コストに製作することができる流体動圧軸受を提供する。
【解決手段】 本発明は、互いに付属する軸受面の間に軸受流体が充填された軸受間隙を形成する、互いに相対的に回転可能な少なくとも二つの軸受構成部品を備える流体動圧軸受に関する。上記軸受構成部品が相対回転したときに軸受間隙の内部に流体力学上の圧力を生成する、軸受流体に対して作用する表面構造が設けられている。
本発明によれば、軸受間隙の内部に配置されたフィルムが上記表面構造の支持体として設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は流体動圧軸受に係り、特に、そのような軸受の内部において流体力学上の圧力を生成する構造の配置及び構成に関する。

流体動圧軸受は、相互に付属する軸受面の間に、例えば空気やベアリングオイル等の軸受流体が充填された軸受間隙を形成する、互いに相対的に回転可能な少なくとも二つの軸受構成部品を備えているのが通常である。軸受面に付属し、軸受流体に対して作用する表面構造が設けられており、この表面構造は、軸受構成部品が相対的に回転又は並進したときに、軸受間隙の内部に流体力学上の圧力を生成する。

流体動圧軸受では、表面構造（いわゆる溝削り（グルービング））が個々の構成部品又は複数の構成部品に刻設されるのが通常である。軸受構成主要部品（軸受パートナー）の対応する軸受面に配置されたこのような構造は、支持構造又はポンプ構造としての役割を担う。例えばラジアル軸受の場合には、放物線や魚骨の形をした構造が知られており、スラスト軸受の場合には、螺旋形や円形に配置された魚骨形の構造が知られている。

流体動圧軸受のこのような構造は、現在、例えば電気化学的方法によって軸受構成部品に刻設されている。軸受構造を製作する公知の方法は、高いコストがかかる。その上、特定のポンプ作用が必要とされるときに、構造の形態は、一方の回転方向への軸受の動作しか可能にしない。

従って、本発明の課題は、軸受に設けられる表面構造をより簡単かつ低コストに製作することができる流体動圧軸受を提供することである。この課題設定をさらに発展させて、双方の回転方向において軸受の等価な動作を可能とするように、表面構造を構成することができるのが望ましい。

この課題は、本発明によれば、独立請求項の構成要件によって解決される。

本発明の有利な発展例及び有利な構成要件は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る流体動圧軸受では、軸受間隙の内部、即ち、それぞれの軸受構成主要部品（軸受パートナー）の間に配置された薄いフィルムが、表面構造の支持体として設けられる。換言すると、フィルムが構造支持体としての役割を果たす。軸受面には、いかなる構造もないのが好ましい。追加のフィルム構成部品により、表面構造の製作及びそれに伴う軸受の製作を簡素化することができ、より高い精度（公差補償）を実現することができる。例えば、型押、打抜き、射出成形又は熱方式によってフィルムに構造を刻設することが可能である。

構造化されたフィルム状の軸受構成部品は、軸受間隙の内部において自由に動けるように配置されるのが好ましい。この場合、それぞれの軸受面においてフィルムの対応する面が対向する。

本発明の有利な実施の形態においては、フィルムのそれぞれの面が異なる表面構造を有していることが意図され、特にフィルムのそれぞれの面が、同じ種類ではあるが他方の面に対して鏡像のように逆に配置された表面構造を有していることが意図される。フィルムの内面及び外面、又は、上面及び下面における異なる構造化によって、双方の回転方向に動作することができる流体動圧軸受を製造することができる。その都度、圧力を生成している方の構造（フィルムの面）が、フィルムを他方の軸受構成主要部品（軸受パートナー）に押し付け、この他方の軸受構成主要部品（軸受パートナー）は、フィルムに対して相対速度が発生している限り、負圧を追加的に生成する。このような設計をラジアル軸受に適用したとき、フィルムは、小さな直径差や異なる熱膨張を補償することができる程度に弾性的なものである。例えば、フィルムにあるスリットによって、長さ補償も意図されていてもよい。

本発明に係る構造支持体としてのフィルムは、ラジアル軸受にもスラスト軸受にも適用することができる。従って、このフィルムは、円環状かつ円筒状に構成されるか、又は、円形若しくは円環状に構成されているものとするとよい。

フィルムの好ましい材料としては、プラスチックや金属が考慮の対象となる。

上述したように構造化されたフィルムを備える本発明に係る軸受は、特に、ハードディスク駆動装置の記憶ディスクを駆動するのに用いられるスピンドルモータにおいて利用することができる。

本発明に係るフィルムのさらに別の利点は、フィルムの適当な素材を選ぶことによって、流体動圧軸受の始動特性又は減摩特性を改善することができるという点にある。さらに、この軸受は、より高い緩衝作用を有している。

図１は、本発明に係る構造化されたフィルムを備えるラジアル軸受の模式図を示している。このラジアル軸受は、回転軸６を中心として回転可能に軸受ブッシュ２に軸支されたシャフト１を備えている。両方の軸受構成部品１，２の間には、軸受流体、特にベアリングオイル又は空気により充填された軸受間隙４が設けられている。軸受間隙には、例えば図３に図示するような、円筒状の構造化されたフィルム３が挿入されている。この柔軟なフィルム３は、例えば放物線の形に構成され得る、対応する表面構造５を両方の面に備えており、フィルム３の一方の面の表面構造は、フィルム３の他方の面の表面構造に対して反対向きに延在している。軸受ブッシュ２の内部においてシャフト１が回転すると、構成部品１，２とフィルム３との間の相対運動により、及び、フィルム３の上にある表面構造５のポンプ作用により、軸受流体に流体力学上の圧力が生成され、それによりフィルムは、回転方向や表面構造５の向きに応じて例えば軸受ブッシュ２に押し付けられ、軸受間隙４がフィルム３とシャフト１との間に形成される。そして、シャフト１の回転方向が反転すると、流体力学上の圧力は逆向きに作用し、その結果、フィルム３は、この場合にはシャフト１に押し付けられ、軸受間隙４がフィルム３と軸受ブッシュ２との間に形成される（図示せず）。

図２は、本発明に係る構造化されたフィルムを備えるスラスト軸受の模式図を示している。このスラスト軸受は、回転軸６を中心として回転可能に軸受ブッシュ１２に軸支されたシャフト１１を備えている。圧力円板１４がシャフト１１と堅固に結合され、軸受ブッシュ１２とカバープレート１３とにより形成される切欠きに収容されている。シャフト１１、軸受ブッシュ１２、カバープレート１３及び圧力円板１４の間に、軸受流体により充填された軸受間隙１６が形成されている。圧力円板１４の端面の領域には、図４に詳細に示すような、構造化された二つのフィルム１５が軸受間隙に挿入されている。フィルム１５は、両方の面に表面構造１７を備えている。

シャフト１１を圧力円板１４と共に回転させると、フィルム１５の表面構造１７に基づいて軸受間隙１６に流体力学上の圧力が発生し、この圧力が上側のフィルム１５を例えば軸受ブッシュ１２に押し付けると共に、下側のフィルム１５をカバープレート１３に押し付ける。シャフト１１又は圧力円板１４の回転方向を変えると、表面構造１７は反対方向に作用し、即ち、構造化されたフィルム１５は、圧力円板１４の端面に押し付けられる（図示せず）。フィルム１５の表面構造１７は、例えば、螺旋状又は魚骨状に構成されている。

本発明に係る構造化されたフィルムを備えるラジアル軸受を示す模式図である。 本発明に係る構造化されたフィルムを備えるスラスト軸受を示す模式図である。 双方の回転方向のための外側構造及び内側構造を備える、図１に示す流体動圧ラジアル軸受用の構造化された構成部品（フィルム）である。 双方の回転方向のための構造を備える、図２に示す流体動圧スラスト軸受用の構造化された構成部品（フィルム）である。

符号の説明

１ シャフト
２ 軸受ブッシュ
３ 構造化されたフィルム
４ 軸受間隙
５ 表面構造
６ 回転軸
１１ シャフト
１２ 軸受ブッシュ
１３ カバープレート
１４ 圧力円板
１５ 構造化されたフィルム
１６ 軸受間隙
１７ 表面構造

Claims (21)

1. 互いに付属する軸受面の間に軸受流体が充填された軸受間隙（４；１６）を形成する、互いに相対的に回転可能な少なくとも二つの軸受構成部品（１，２；１１，１２，１３，１４）を備える流体動圧軸受であって、前記軸受構成部品が相対回転したときに前記軸受間隙の内部に流体力学上の圧力を生成する、前記軸受流体に対して作用する表面構造（５；１７）が設けられている形式の流体動圧軸受において、
   前記軸受間隙の内部に配置されたフィルム（３；１５）が、前記表面構造（５；１７）の支持体として設けられていることを特徴とする流体動圧軸受。
2. 前記フィルム（３；１５）は、前記軸受間隙（４；１６）の内部において自由に動くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受。
3. 前記軸受構成部品（１，２；１１，１２，１３，１４）のそれぞれの軸受面に前記フィルム（３；１５）の対応する面が対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受。
4. 前記フィルム（３；１５）のそれぞれの面は、異なる前記表面構造（５；１７）を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
5. 前記フィルム（３；１５）のそれぞれの面は、同じ種類ではあるが他方の面に対して鏡像のように逆に配置された前記表面構造（５；１７）を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
6. 前記軸受は、ラジアル軸受であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
7. 前記軸受は、スラスト軸受であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
8. 前記フィルム（３）は、円環状かつ円筒状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
9. 前記フィルム（１５）は、円形（円環状）に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５及び７のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
10. 前記フィルム（３；１５）は、プラスチックにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
11. 前記フィルム（３；１５）は、金属により形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
12. 前記表面構造（５；１７）は、打抜き、型押、射出成形又は熱方式によって前記フィルムに刻設されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の流体動圧軸受。
13. 流体動圧軸受の互いに相対的に可動な軸受構成部品の互いに付属する軸受面（１，２；１１，１２，１３，１４）の間の軸受間隙（４；１６）に挿入するためのフィルム（３；１５）において、
    前記軸受構成部品が相対回転したときにポンプ作用を発揮して前記軸受間隙（４；１６）の内部に流体力学上の圧力を生成する表面構造（５；１７）が、表面に設けられていることを特徴とするフィルム。
14. 金属又はプラスチックにより形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のフィルム。
15. それぞれの面に、異なる前記表面構造（５；１７）を有していることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のフィルム。
16. それぞれの面に、同じ種類ではあるが他方の面に対して鏡像のように逆に配置された前記表面構造（５；１７）を有していることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のフィルム。
17. 前記フィルム（３）は、円環状かつ円筒状に構成されていることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載のフィルム。
18. 前記フィルム（１５）は、円形（円環状）に構成されていることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載のフィルム。
19. 前記表面構造（５；１７）は、打抜き、型押、射出成形又は熱方式によって前記フィルムに刻設されていることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載のフィルム。
20. 請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の軸受とフィルムとを備えることを特徴とするスピンドルモータ。
21. 請求項２０に記載のスピンドルモータを備えることを特徴とするハードディスク駆動装置。

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