JPH10184668A - 流体ベアリング装置 - Google Patents
流体ベアリング装置Info
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- JPH10184668A JPH10184668A JP9338915A JP33891597A JPH10184668A JP H10184668 A JPH10184668 A JP H10184668A JP 9338915 A JP9338915 A JP 9338915A JP 33891597 A JP33891597 A JP 33891597A JP H10184668 A JPH10184668 A JP H10184668A
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Abstract
ないかまたは逆流される作動流体の漏泄を防止して回転
体の支持剛性を増大させた流体ベアリング装置を提供す
る。 【解決手段】 本体と、本体の上方に延長されて本体と
一体に形成されたベアリング部と、ベアリング部の上面
に形成されて回転体が回転する時所定動圧を発生させる
動圧発生部と、動圧発生部に引接して同一平面上に形成
されて、動圧発生部に流入された流体が動圧発生部の外
側に逆流されないように防止する流体逆流防止部とを具
備する。
Description
に係り、特に、回転体のスラスト荷重を支持するスラス
ト流体ベアリング装置において、スラスト荷重を支持す
るための流体圧を発生させる動圧発生溝と、この動圧発
生溝に流入された流体の逆流が発生する部分に逆流防止
動圧発生溝を形成して回転体の支持剛性を高めた流体ベ
アリング装置に関するものである。
ム、映像機器等のような情報産業の技術力が増加するこ
とによってこれらの機器は小型化され、これによって一
層微細で精密な性能を持つ機器の部品が要求されてい
る。例えば、コンピュータの場合、記憶装置の一種であ
るハードディスクドライバ(HDD)のスピンドルモー
タ、情報機器であるレーザプリンタのスキャニングモー
タ、オーディオシステムのレーザディスク及びコンパク
トディスクの映像及び音声信号を再生する時必要なディ
スク駆動モータ、映像機器の場合、VCRヘッド及びカ
ムコーダー駆動装置等は、共通的に駆動装置に結合され
ている軸とその軸により高速回転されて所望するデータ
の貯蔵及び探索、データ再生等の作業を実行する。
させるためには高速回転が要求されて、この超高速回転
する回転体には附加的に非周期的な軸揺動か軸振動が発
生するようになる。前記のように超高速回転する軸に発
生する揺動か振動は精密に作動する機器に致命的な性能
低下を招来するから、前記のような機器には全べて超高
速回転による問題点を保安するため機械要素の中で一種
であるベアリングが使用されており、特に、高速回転に
適合で空気またはオイルを作動流体で使用する流体ベア
リング装置が凡用的に使用されている。
れたVTRヘッド駆動装置を一例で示した断面図であ
る。図示のように、VTRヘッド駆動装置は、VTRテ
ープに記録された映像信号及び音声信号を判読するヘッ
ドチップ10が設置された回転可能な上部ドラム20
と、上部ドラム20の回転中心と同一な中心を持ちその
外周面でVTRテープと接触する固定された下部ドラム
30と、軸40に押込められて上部ドラム20のスラス
ト荷重を支持するリング形状のスラストベアリング50
と、ヘッドチップ10が形成された上部ドラム20を超
高速回転させるステータ60とロータ70とよりなる回
転力発生装置とを含んでなる。未説明符号45は回転力
発生装置の一種であるステータ60を結合するためのハ
ブである。
面図で、流体圧力分布グラフが示されている。スラスト
ベアリング50は軸40が押込められる直径を持つよう
に貫通孔が中央に形成された円筒形状である。前記のよ
うに形成されたスラストベアリング50の両面の中で上
部ドラム20と接触する一側面には上部ドラム20が高
速回転することにより流体が一定方向に集中して所定流
体圧力が発生するように動圧発生溝50bが形成されて
いる。
グ50の内径と外径の中央に形成された仮想の同心円
(一点鎖線で図面上に表示)上に折曲された折曲部50
aが形成されて、折曲部50aが持つ夾角は180°よ
り小さいように形成されることが好ましい。前記動圧発
生溝50bの両端部の中で一側端部は内径まで延長され
て、他側端部は外径まで延長されて、スラストベアリン
グ50の中心を基準で多数個が円形配列されている。
具備したVTR駆動装置の作用について説明する。上部
ドラム20が回転力発生装置60、70により高速回転
することにより、スラストベアリング50の上部面と上
部ドラム20との間の作動流体(本発明では作動流体と
して粘性が大きいオイルを使用した)は境界摩擦により
上部ドラム20の回転方向に沿って回転開始する。
アリング50の上面に形成された動圧発生溝50bに所
定速度で流入されて、動圧発生溝50bに流入された作
動流体は動圧発生溝50bの両端部から折曲部50a方
向に誘導される。このように両方向から一方向に方向が
可変された作動流体は、結局、折曲部50aで集中され
て折曲部50a部分の流体圧力は急上昇する。
の個数及び面積、上部ドラム20の回転速度によって比
例的に増加する。したがって、上部ドラム20が回転開
始して一定速度で回転して動圧発生溝50bで発生した
流体圧力が上部ドラム20の荷重より大きくなった時、
上部ドラム20はスラストベアリング50から数μm離
隔された状態で定速、精密に回転できる。
界摩擦により回転する時、回転する流体の慣性及び円心
力により流体はスラストベアリングの中心からスラスト
ベアリングの円周側方向にその方向が転換されてスラス
トベアリングの動圧発生溝では作動流体が折曲部側に流
入されず、折曲部から動圧発生溝の端部側に逆流される
問題点があった。
を解決するため案出されたもので、その目的は、スラス
トベアリングの動圧発生溝に流入されないかまたは逆流
される作動流体の漏泄を防止して回転体の支持剛性を増
大させた流体ベアリング装置を提供することにある。
めの本発明の特徴によると、本体と、本体の上方に延長
されて前記本体と一体に形成されたベアリング部と、前
記ベアリング部の上面に形成されて回転体が回転する時
所定動圧を発生させる動圧発生部と、前記動圧発生部に
引接して同一平面上に形成されて、前記動圧発生部に流
入された流体が前記動圧発生部の外側に逆流されないよ
うに防止する流体逆流防止部とを含むことを特徴とす
る。
アリング部の中心部の周りに形成されて、前記動圧発生
部は前記流体逆流防止部の周りに形成されるかまたは動
圧発生部は前記ベアリング部の中心部の周りに形成され
て、前記流体逆流防止部は前記動圧発生部の周りに形成
される。好ましくは、前記流体逆流防止部と前記動圧発
生部は壁部により分離されるかまたは連通される。
形状の溝を含んみ、前記流体逆流防止部はヘリンボーン
形状の溝とスパイラル形状の溝または梯形溝とを含む。
による好ましい実施形態について詳細に説明する。但
し、従来と同一に部分については重複説明は省略し、同
一部分には同一符号を附与する。以下、本発明によるス
ラストベアリングの上面に形成された動圧発生溝の形状
について説明する。
本発明によるスラストベアリングの平面図とその流体圧
力分布グラフである。図示のように、本発明のスラスト
ベアリング200は、ベアリング本体220と、ベアリ
ング本体220の上面に形成されてベアリング本体22
0が回転する時動圧を発生する動圧発生部250と、動
圧発生部250に流入された流体が外部に漏出されるこ
とを防止する流体逆流防止部300とを含む。
高さを持ち軸40の直径より多少小さくて圧入される内
径を持つリング形状の円筒形状で、内径部分をA、外径
部分をBと定義する。前記ベアリング本体220の上部
面にはベアリング本体220と接触された上部ドラム2
0の回転により所定動圧が発生する動圧発生部である第
1動圧発生溝250が形成されている。
た第1動圧発生溝250の形状について詳細に説明する
と、ベアリング本体220の上部面には内径Aより大き
く外径Bより小さい仮想の第1同心円であるCと、第1
同心円Cの直径より大きく外径Bより小さく第2同心円
Dが形成される。また、第2同心円Dに多数個の第1動
圧発生溝250が形成されて、第1動圧発生溝250の
形成位置はベアリング本体220の中心を基準として一
定角度で多数個が円形配列されることが好ましい。
グ本体220の上面またはスラストベアリングと接して
いる上部ドラムに形成しても関係なく、本発明では好ま
しくは、ベアリング本体220に第1動圧発生溝250
を形成した。第1動圧発生溝250の形成位置が決定さ
れると、外径Bと第1同心円Cとの夾角をβ°として、
ヘリンボーン形状で折曲部250aが形成された第1動
圧発生溝250を形成して、折曲部250aが第2同心
円Dに位置するように形成する。
圧発生溝250の端部に対応して上部ドラム20の高速
回転による円心力により第1動圧発生溝250に流入さ
れず逆流して内径A部分に作動流体が漏泄されることを
防止するため、第1動圧発生溝250の内側には流体逆
流防止部300が形成される。前記第1動圧発生溝25
0と逆流防止用動圧発生溝300とは壁部により分離さ
れて、第1動圧発生溝250がヘリンボーン形状の動圧
発生溝である場合、逆流防止用動圧発生溝300は壁部
により分離されず第1動圧発生溝250と逆流防止用動
圧発生溝300を連通しても関係ない。
止用動圧発生溝300が形成された本発明によるスラス
トベアリングが適用されたVTRヘッド駆動装置の作用
について説明する。前記軸40に固定されたステータ6
0と回転する上部ドラム20に形成されたロータ70に
電源が印加されると、軸40を中心で上部ドラム20が
回転する時発生する摩擦を最小化するためスラストベア
リング200の上面に形成されたヘリンボーン形状の第
1動圧発生溝250に作動流体が流入されて第1動圧発
生溝250の折曲部250aを中心として第1動圧発生
溝250の両端から折曲部250a方向に所定流体が流
入される。
の一定方向に流入されるが、時間が経過するほど漸次加
速されて上部ドラム20と類似な速度で回転するように
なる。この時、発生する流体の慣性及び流体の円心力に
より作動流体は第1動圧発生溝250から円心力作用方
向に逆流して漏泄されるから、それを防止するため流体
ベアリング装置は逆流防止動圧発生溝300を必要とす
る。
体を内径Aから外径B方向の一定方向にだけポンピング
して逆流防止動圧発生溝300と第1動圧発生溝250
の端部側に送出することにより、第1動圧発生溝250
から逆流される流体による剛性損失が最小化できる。未
説明流体圧グラフは第1動圧発生溝250と逆流防止動
圧発生溝300により発生した流体圧分布を示す。この
時、上部ドラム20は最大流体圧領域であるPmaxに
よりスラストベアリング250から数μm離隔された状
態で回転する。
を示すもので、スラスト荷重を支持するスラストベアリ
ングの上面を二つの区域で仮想分割してこれらの中でス
ラストベアリングの内側領域に折曲部が形成されたヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝に関するものである。前記ヘ
リンボーン形状の動圧発生溝の両端部の中で内側領域と
外側領域との境界に位置した一側端部にスパイラル形状
の動圧発生溝を連結することにより、ヘリンボーン形状
の動圧発生溝で発生する流体の逆流による漏泄を防止す
る。これについて添附図面を参照して詳細に説明する。
を示すスラストベアリングの平面図である。図2に図示
されたスラストベアリング460は、ベアリング本体3
30と、ベアリング本体330の中心から所定間隔が離
隔された位置に形成された第1動圧発生溝310と、逆
流防止用動圧発生溝320とで構成されている。ここ
で、前記第1動圧発生溝310はヘリンボーン形状の動
圧発生溝であり、ヘリンボーン形状の動圧発生溝310
の端部と連通されて流体の逆流を防止する逆流防止用動
圧発生溝320はスパイラル形状の動圧発生溝である。
グ本体330に形成された中心Oから所定距離が離隔さ
れた位置に仮想同心円Gを形成して、仮想同心円Gから
外径方向に所定間隔が離隔されたところに仮想同心円E
を形成して、G,Eの中間部分に同心円Fを形成する。
また、GとEとの間にはヘリンボーン形状の動圧発生溝
310を位置させて、このヘリンボーン形状の第1動圧
発生溝310のF線上に折曲部310aを形成して折曲
部310aで最大流体圧力が発生されるようにする。こ
こで、ヘリンボーン形状の第1動圧発生溝310の両端
部は
のヘリンボーン形状の動圧発生溝310の端部である
ヘリンボーン形状の動圧発生溝310と同一な深さ、同
一な面積で接続されて、このスパイラル形状の動圧発生
溝320はスパイラル形状でスラストベアリング460
の円周まで延長形成される。ここで、スラストベアリン
グ460に形成されたヘリンボーン形状の動圧発生溝3
10とスパイラル形状の動圧発生溝320が第1動圧発
生溝になり、この中でスパイラル形状の動圧発生溝32
0はヘリンボーン形状の動圧発生溝310から所定流体
圧が発生することを妨害する流体の逆流を防止する役割
をする逆流防止用動圧発生溝の役割をする。
形成されたスラストベアリングの作用について添附図面
を参照して説明する。ステータ(図示せず)とロータ
(図示せず)に電源が印加されてロータが回転開始する
と、ロータに結合された上部ドラム20も回転する。こ
の時、上部ドラム20の回転速度に対応してスラストベ
アリング460のベアリング本体330の上部と軸40
との間にはベアリング本体330と軸40の境界摩擦に
より軸40の回転方向に流体の回転が発生する。
成されて逆流を防止するように一方向に流体を移送する
スパイラル形状の動圧発生溝320と、スパイラル形状
の動圧発生溝320から一方向に移送された流体をヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝310の折曲部310a部分
で集中するようにしてこの折曲部310a部分でヘッド
流体圧が発生して、前記ヘッド流体圧により上部ドラム
20はスラストベアリング460のベアリング本体33
0から浮上して、軸40とスラストベアリング460は
無接触回転する。
円形で配列されたスパイラル形状の動圧発生溝320は
作動流体をヘリンボーン形状の動圧発生溝310の端部
にポンピングする役割をして、ヘリンボーン形状の動圧
発生溝310から流体の高速回転による慣性及び円心力
によりヘリンボーン形状の動圧発生溝310の折曲部3
10aに集中されず逆流される流体の漏泄を防止して、
さらに流体力学的設計によりヘリンボーン形状の動圧発
生溝310に多量の作動流体を供給するようにすること
もできる。
でスパイラル形状の動圧発生溝320からヘリンボーン
形状の動圧発生溝310に供給された作動流体は、ヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝310の折曲部310aで集
中して最高流体圧力が発生する。また、図3では、ヘリ
ンボーン形状の動圧発生溝510とスパイラル形状の動
圧発生溝520が相互接続して連通されて、ヘリンボー
ン形状の動圧発生溝510とスパイラル形状の動圧発生
溝520が相互接続される部分を間隔tほど不連続的に
形成したもので、前述の実施形態と同一な効果が得られ
る。
ング装置によると、スラストベアリングにより支持され
る支持対象物とスラストベアリングとの中でいずれの一
側にヘリンボーン及びスパイラル形状の流体圧発生部を
形成して、このヘリンボーン及びスパイラル形状の流体
圧発生部の中で一部分を切断するかヘリンボーン流体圧
発生部の端部にスパイラル形状の流体圧発生部を連結し
て、流体圧を発生させる作動流体が高速で回転する時発
生する作動流体の漏泄及び逆流を防止することにより回
転体の支持剛性を高める効果がある。
の平面図及びそれによる流体圧力分布グラフである。
グを示す平面図である。
グを示す平面図である。
よる流体圧力分布グラフである。
Claims (12)
- 【請求項1】本体と、 前記本体の上面から上方に延長されて、前記本体と一体
に形成されたベアリング部と、 前記ベアリング部の上面に形成されて、回転体が回転す
る時所定動圧を発生させる動圧発生部と、 前記動圧発生部に引接して同一平面上に形成されて、前
記動圧発生部に流入される流体が前記動圧発生部の外側
に逆流されないように防止する流体逆流防止部とを含む
ことを特徴とする流体ベアリング装置。 - 【請求項2】前記流体逆流防止部は前記ベアリング部の
中心部の周りに形成されて、前記動圧発生部は前記流体
逆流防止部の周りに形成されることを特徴とする請求項
1記載の流体ベアリング装置。 - 【請求項3】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部は壁
部により分離されることを特徴とする請求項2記載の流
体ベアリング装置。 - 【請求項4】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部とは
連通されることを特徴とする請求項2記載の流体ベアリ
ング装置。 - 【請求項5】前記動圧発生部は前記ベアリングの中心部
の周りに形成されて、前記流体逆流発生部は動圧発生部
の周りに形成されることを特徴とする請求項1記載の流
体ベアリング装置。 - 【請求項6】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部は壁
部により分離されることを特徴とする請求項5記載の流
体ベアリング装置。 - 【請求項7】前記流体逆流防止部と前記動圧発生部は連
通されることを特徴とする請求項5記載の流体ベアリン
グ装置。 - 【請求項8】前記動圧発生部はスパイラル形状の溝を含
むことを特徴とする請求項1記載の流体ベアリング装
置。 - 【請求項9】前記流体逆流防止部はスパイラル形状の溝
を含むことを特徴とする請求項8記載の流体ベアリング
装置。 - 【請求項10】前記流体逆流防止部はヘリンボーン形状
の溝を含むことを特徴とする請求項1記載の流体ベアリ
ング装置。 - 【請求項11】前記流体逆流防止部はスパイラル形状の
溝を含むことを特徴とする請求項10記載の流体ベアリ
ング装置。 - 【請求項12】前記流体逆流防止部は梯形溝を含むこと
を特徴とする請求項11記載の流体ベアリング装置。
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