JP2002349548A - 動圧流体軸受装置 - Google Patents
動圧流体軸受装置Info
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Abstract
の中心線の傾きを解消して、回転精度が良く、NRRO
を低減できる動圧流体軸受装置を提供する。 【解決手段】ラジアル軸受部14a,14bの軸受長さ
L1,L2を異ならせるとともに、ラジアル軸受部14
a,14bの偏心角を一致またはほぼ一致させる。
Description
に関し、特に高い回転精度が要求されるハードディスク
装置などのスピンドルモータとして使用される動圧流体
軸受装置に関するものである。
量の増大を図るために磁気ディスクのトラック密度を高
密度化している。このような高トラック密度の磁気ディ
スクを回転駆動するスピンドルモータにおいては、より
高い回転精度が要求される。特に、回転に同期しない振
れ(以下、「NRRO」と称す)が大きいとトラッキン
グ時のオフトラックを引き起こすため、NRROをでき
るだけ小さくする必要がある。そこで、高回転精度に加
え、高速回転、静音化を実現できるモータとして、動圧
流体軸受装置を採用したスピンドルモータが開発されて
いる。
ハードディスク装置を示す。図5(a)に示すように、
固定側としてのベース1にはシャフト2の基端部が圧入
固定されており、シャフト2の先端部にスラストフラン
ジ3が設けられて軸体18が構成される。シャフト2の
外周部にはスリーブ5が設けられ、スリーブ5にはスラ
ストフランジ3と対向するようにスラストプレート4が
設けられて軸受体17が形成される。
周面には動圧発生溝15a,15bが形成されており、
1対のラジアル軸受部14a,14bが構成される。ま
た、スラストフランジ3の両面にも動圧発生溝(図示せ
ず)が形成され、スラスト軸受(図示せず)が構成され
る。軸体18と軸受体17との間隙には、作動流体とし
て非圧縮性のオイル16が充填され、軸受体17が回転
自在に支持される。
はコイル10が巻線されたステータコア9が設けられて
いる。また、スリーブ5の外周には磁気ディスク13を
載置するためのハブ6が圧入固定されており、ハブ6の
外周部の内側にはステータコア9と対向するようにヨー
ク8を介してマグネット7が取り付けられている。ハブ
6の外周にスペーサ12を介して載置された複数の磁気
ディスク13は、クランプ11を介してネジ19の締め
付け力にて取り付けられる。
コイル10とマグネット7との間に電流磁界が発生して
モータの回転駆動力が発生し、軸受体17が回転駆動す
るとともに、ラジアル軸受部14a,14bとスラスト
軸受部に形成された動圧発生溝のポンピング作用により
軸受体17に浮上力が発生して、軸受体17が軸体18
とオイル16を介して非接触で回転する。
た磁気ディスク装置では、スリーブ5の内周に形成され
た一対のラジアル軸受部14a,14bの形成位置と、
軸受体17とこれに取り付けられた磁気ディスク13、
スペーサ12、クランプ11等をあわせた回転体の重心
位置によって、回転時にラジアル軸受部14a,14b
にかかる負荷が異なるため、回転振れが発生していた。
66号などに示されるように、ラジアル軸受部14a,
14bの軸心方向に沿う長さが異なるように形成してい
る。以下、本明細書においては、ラジアル軸受部14
a,14bの軸心方向に沿う長さを「軸受長さ」と称
す。具体的には、シャフト2の先端側に形成されたラジ
アル軸受部14aの軸受長さL1を、シャフト2の基端
部側に形成されたラジアル軸受部14bの軸受長さL2
よりも長くして、ラジアル軸受14a,14bの軸受剛
性と回転体の重心位置Gとのバランスをとり、回転振れ
が小さくなるように調整している。
ドディスク装置では問題はないものの、ハードディスク
装置の高速回転化や小型化に伴い、将来的には、より一
層の回転精度とNRROのさらなる低減が必要となる。
NRROの発生は、以下の理由によるものと考えられ
る。
よう形成されたラジアル軸受部14a,14bにおい
て、ヘリングボーン形状の動圧発生溝15a,15b
は、いずれも溝深さ、溝角度、溝幅比がそれぞれ等しく
なるよう設定されている。そのため、回転時にシャフト
2の外周面とスリーブ5の内周面との間隙が最小となる
位置と動圧によりスリーブ5に働く力とのなす角である
偏心角は、ラジアル軸受部14aの偏心角がラジアル軸
受部14bの偏心角よりも大きくなる。その結果、シャ
フト2の中心線とスリーブ5の中心線とが傾いて回転す
ることになり、回転精度が悪く、NRROも大きくな
る。
けるシャフトの中心線とスリーブの中心線の傾きを解消
して、回転精度が良く、NRROを低減できる動圧流体
軸受装置を提供することを目的とする。
置は、複数設けられたラジアル軸受部のすべての偏心角
が一致またはほぼ一致するようにしたことを特徴とす
る。
フトの中心線とスリーブの中心線との傾きを低減して、
回転精度が良く、NRROの小さい動圧流体軸受装置が
実現できる。
軸受装置は、一方が他方に対して回転自在に支持された
軸と軸受体との間に作動流体を介在させ、軸の外周面と
軸受体の内周面との少なくとも何れかの面に動圧発生溝
を形成して軸心方向に複数のラジアル軸受部を設けた動
圧流体軸受装置であって、前記ラジアル軸受部を、少な
くとも何れかのラジアル軸受部は軸心方向の軸受長さが
他のラジアル軸受部の前記軸受長さとは異なるととも
に、回転時に軸と軸受体との間隙が最小となる位置と動
圧により前記軸受体に働く力とのなす角である偏心角が
すべてのラジアル軸受部において一致またはほぼ一致す
るよう構成したことを特徴とする。
の中心線とが傾くことなく回転でき、回転精度の向上が
図れ、NRROの低減が図れる。本発明の請求項2記載
の動圧流体軸受装置は、請求項1において、前記偏心角
を、ラジアル軸受部を構成する動圧発生溝の溝深さ、溝
と軸の径方向とのなす角である溝角度、溝幅aとリッジ
幅bとの和(a+b)に対する溝幅aの比である溝幅比
[a/(a+b)]のうちの少なくともいずれかを変化
させてすべてのラジアル軸受部において一致またはほぼ
一致するようにしたことを特徴とする。
部における偏心角を容易にほぼ一致させることができ
る。本発明の請求項3記載の動圧流体軸受装置は、請求
項1または請求項2において、軸受長さの長いラジアル
軸受部の溝深さを軸受長さの短いラジアル軸受部の溝深
さよりも深くしたことを特徴とする。
の高い溝深さを変化させているため、ラジアル軸受部の
軸受長さの差が大きくても、溝深さをわずかに変化させ
るだけで容易に偏心角をほぼ一致させることができる。
は、請求項1または請求項2において、軸受長さの長い
ラジアル軸受部の溝幅比を軸受長さの短いラジアル軸受
部の溝幅比よりも大きくしたことを特徴とする。
の高い溝幅比を変化させるため、ラジアル軸受部の軸受
長さの差の大きくても、溝幅比をわずかに変化させるだ
けで容易に偏心角をほぼ一致させることができる。
は、請求項1から請求項4のいずれか1項において、前
記動圧発生溝がヘリングボーン形状であることを特徴と
する。
は、請求項1から請求項5のいずれか1項において、前
記作動流体が気体であることを特徴とする。この構成に
よると、作動流体が圧縮性であっても上記と同様の効果
が得られる。
の形態を説明する。なお、従来例を示す図5と同様の構
成をなすものには同一の符号を付けて説明する。
ル軸受部14aの軸受長さL1をラジアル軸受部14b
の軸受長さL2よりも長くして軸受剛性を変化させ、回
転体の重心位置Gとのバランスを取るよう構成している
が、図1(a)〜(c)に示すように、この実施の形態
では、さらに加えてラジアル軸受部14a,14bの構
成を特殊にしてそれぞれの偏心角が一致またはほぼ一致
するようにしている。
は、回転時にシャフト2の外周面とスリーブ5の内周面
との間隙が最小となる位置と動圧によりスリーブ5に働
く力とのなす角度のことであり、以下の〜の構成の
うちのいずれか、あるいは複数を組み合わせることによ
り、すべてのラジアル軸受部における偏心角をほぼ一致
させることができる。 ラジアル軸受部14a,14bにおける動圧発生溝1
5a,15bの溝角度θ1,θ2を異ならせる。ここで
溝角度θ1,θ2とは、動圧発生溝15a,15bとシ
ャフト2の径方向とのなす角である。 ラジアル軸受部14a,14bにおける動圧発生溝1
5a,15bの溝深さd1,d2を異ならせる。特に、
軸受長さの短いラジアル軸受部14bの溝深さd2を軸
受長さの長いラジアル軸受部14aの溝深さd1よりも
浅くすると好適である。 軸受長さの短いラジアル軸受部14bの溝幅比を軸受
長さの長いラジアル軸受部14aの溝幅比よりも小さく
する。ここで、溝幅比とは、溝幅aとリッジ幅bとの和
(a+b)に対する溝幅aの比[a/(a+b)]であ
る。
ル軸受部において、すべての偏心角がほぼ一致するよう
構成することで、シャフト2の中心線とスリーブ5の中
心線の傾きが低減でき、回転精度の向上が図れ、NRR
Oの低減が図れる。
様に構成された動圧流体軸受装置において、シャフト2
の直径を3mm、ラジアル軸受部14a,14bの形成
位置におけるシャフト2とスリーブ5との半径隙間を3
μmとする。また、ラジアル軸受部14a,14bの軸
受長さL1,L2は、軸受剛性と回転体の重心位置Gと
のバランスを考慮して、L1=3.0mm、L2=2.
5mmとする。
おいて、従来は、軸受剛性と回転安定性を考慮して、溝
角度を30°、溝深さを3.5mm、溝幅比を0.5、
溝の断面形状を円弧形状としている。
a,14bを構成する動圧発生溝15a,15bの溝形
状が同じであると偏心角が一致しないため、以下のよう
に動圧発生溝15a,15bの溝形状を変化させる。
せて、溝角度と偏心角との関係を測定した。図2は、非
圧縮性のナビエ・ストークス方程式を数値解析した結果
である。軸受長さL1が長いラジアル軸受部14aの溝
角度θ1を従来例と同じ30°とすると、軸受長さL2
が短いラジアル軸受部14bの溝角度θ2は約45°に
すればよい。この場合、ラジアル軸受部14bの軸受剛
性はほとんど変わらないため、軸受長さL2は2.5m
mのままでよい。
化させて、溝深さと偏心角との関係を測定した。図3
は、非圧縮性のナビエ・ストークス方程式を数値解析し
た結果であり、溝深さが深くなるほど偏心角は小さくな
っている。よって、軸受長さの長いラジアル軸受部14
aの溝深さd1を従来例と同じ3.5μmとすると、軸
受長さの短いラジアル軸受部14bの溝深さd2を3.
5μmよりも浅くすればよいが、溝深さを浅くすると軸
受剛性が高くなるため軸受長さL2を短くすることがで
きる。それらを考慮して、軸受長さの短い方のラジアル
軸受部14bの軸受長さL2を2.4mm、溝深さを
3.0μmとすることで上下のラジアル軸受部14a,
14bの偏心角をほぼ同じにすることができる。
れぞれ変化させて、溝幅比と偏心角との関係を測定し
た。図4は、非圧縮性のナビエ・ストークス方程式を数
値解析した結果であり、溝幅比が大きくなるほど偏心角
は小さくなっている。
部14aの溝幅比〔a1/(a1+b1)〕を従来例と
同じ0.5とすると、軸受長さの短い方のラジアル軸受
部14bの溝幅比〔a2/(a2+b2)〕を0.5よ
りも小さくすればよいが、溝幅比を小さくすると軸受剛
性が高くなるため軸受長さL2を短くすることができ
る。それらを考慮して、軸受長さの短い方のラジアル軸
受部14bの軸受長さL2を2.4mm、溝幅比を0.
4とすることで上下のラジアル軸受部14a,14bの
偏心角をほぼ同じにすることができる。
解析によって求めることができるため、ラジアル軸受部
14a,14bを構成するヘリングボーン形状の動圧発
生溝の詳細寸法を決めることができる。その結果、軸受
長さL1,L2の異なるラジアル軸受部14a,14b
において、動圧発生溝15a,15bの溝角度θ1,θ
2、溝深さd1,d2、溝幅比のうちの少なくとも1つ
が異なるようにしてそれぞれの偏心角をほぼ一致させる
ことで、回転時のシャフト2の中心線とスリーブ5の中
心線との傾きを低減して、回転精度の向上が図れる。
に動圧発生溝15a,15bを形成してラジアル軸受部
14a,14bを構成した例を挙げて説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、動圧発生溝はシャ
フト2の外周面に形成されていてもよく、あるいはスリ
ーブ5の内周面とシャフト2の外周面の両方に形成され
ていてもよい。
個設けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、2個以上設けられていても良い。ま
た、上記説明では、ラジアル軸受部に形成された動圧発
生溝の形状を、中央屈曲部で上下対称なヘリングボーン
形状としたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、中央屈曲部に対し非対称なヘリングボーン形状であ
っても良く、スパイラル形状やハの字型の溝形状であっ
てもよい。
縮性のオイルを例に挙げて説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、その他、水などの液体を用い
ることもでき、さらに、密度変化のある気体、例えば空
気などを用いることも可能である。
の形状などはシャフト2とスリーブ5の形状や大きさに
よって適宜選択されるものであり、上記実施の形態に限
定されるものではない。
によれば、一方が他方に対して回転自在に支持された軸
と軸受体との間に作動流体を介在させ、軸の外周面と軸
受体の内周面との少なくとも何れかの面に動圧発生溝を
形成して軸心方向に複数のラジアル軸受部を設けた動圧
流体軸受装置であって、前記ラジアル軸受部を、少なく
とも何れかのラジアル軸受部は軸心方向の軸受長さが他
のラジアル軸受部の前記軸受長さとは異なるとともに、
回転時に軸と軸受体との間隙が最小となる位置と動圧に
より前記軸受体に働く力とのなす角である偏心角がすべ
てのラジアル軸受部において一致またはほぼ一致するよ
う構成することで、回転時に軸の中心線と軸受体の中心
線が傾むくことなく回転するため、回転精度の向上が図
れ、NRROの低減が図れる。すべてのラジアル軸受部
において偏心角がほぼ一致するようにするためには、ラ
ジアル軸受部を構成する動圧発生溝の溝深さ、溝と軸の
径方向とのなす溝角度、溝幅aとリッジ幅bとの和(a
+b)に対する溝幅aの比[a/(a+b)]のうちの少
なくとも一つを変化させることで可能となる。
の要部拡大断面図とA−A線,B−B線に沿うスリーブ
の要部拡大平面図
と偏心角の関係を示す図
と偏心角の関係を示す図
と偏心角の関係を示す図
ク装置用スピンドルモータの断面図
動圧流体軸受装置は、一方が他方に対して回転自在に支
持された軸と軸受体との間に作動流体を介在させ、軸の
外周面と軸受体の内周面との少なくとも何れかの面に動
圧発生溝を形成し、軸心方向の軸受長さの異なるラジア
ル軸受部を複数構成した動圧流体軸受装置であって、前
記ラジアル軸受部を構成する動圧発生溝の溝深さ、溝と
軸の径方向とのなす角である溝角度、溝幅aとリッジ幅
bとの和(a+b)に対する溝幅aの比である溝幅比
[a/(a+b)]のうちの少なくともいずれかを、前
記複数のラジアル軸受部において異ならせたことを特徴
とする。
は、請求項1において、軸受長さの長いラジアル軸受部
の溝深さを軸受長さの短いラジアル軸受部の溝深さより
も深くしたことを特徴とする。
は、請求項1において、軸受長さの長いラジアル軸受部
の溝幅比を軸受長さの短いラジアル軸受部の溝幅比より
も大きくしたことを特徴とする。
は、請求項1において、前記動圧発生溝がヘリングボー
ン形状であることを特徴とする。
は、請求項1〜請求項4のいずれかにおいて、前記作動
流体が気体であることを特徴とする。この構成による
と、作動流体が圧縮性であっても上記と同様の効果が得
られる。
明の実施の形態を説明する。なお、従来例を示す図5と
同様の構成をなすものには同一の符号を付けて説明す
る。
によれば、一方が他方に対して回転自在に支持された軸
と軸受体との間に作動流体を介在させ、軸の外周面と軸
受体の内周面との少なくとも何れかの面に動圧発生溝を
形成し、軸心方向の軸受長さの異なるラジアル軸受部を
複数構成した動圧流体軸受装置であって、前記ラジアル
軸受部を構成する動圧発生溝の溝深さ、溝と軸の径方向
とのなす角である溝角度、溝幅aとリッジ幅bとの和
(a+b)に対する溝幅aの比である溝幅比[a/(a+
b)]のうちの少なくともいずれかを、前記複数のラジ
アル軸受部において異ならせたため、回転時に軸の中心
線と軸受体の中心線が傾むくことなく回転するため、回
転精度の向上が図れ、NRROの低減が図れる。
Claims (6)
- 【請求項1】一方が他方に対して回転自在に支持された
軸と軸受体との間に作動流体を介在させ、軸の外周面と
軸受体の内周面との少なくとも何れかの面に動圧発生溝
を形成して軸心方向に複数のラジアル軸受部を設けた動
圧流体軸受装置であって、 前記ラジアル軸受部を、少なくとも何れかのラジアル軸
受部は軸心方向の軸受長さが他のラジアル軸受部の前記
軸受長さとは異なるとともに、回転時に軸と軸受体との
間隙が最小となる位置と動圧により前記軸受体に働く力
とのなす角である偏心角がすべてのラジアル軸受部にお
いて一致またはほぼ一致するよう構成した動圧流体軸受
装置。 - 【請求項2】前記偏心角を、ラジアル軸受部を構成する
動圧発生溝の溝深さ、溝と軸の径方向とのなす角である
溝角度、溝幅aとリッジ幅bとの和(a+b)に対する
溝幅aの比である溝幅比[a/(a+b)]のうちの少
なくともいずれかを変化させてすべてのラジアル軸受部
において一致またはほぼ一致するようにした請求項1記
載の動圧流体軸受装置。 - 【請求項3】軸受長さの長いラジアル軸受部の溝深さを
軸受長さの短いラジアル軸受部の溝深さよりも深くした
請求項1または請求項2記載の動圧流体軸受装置。 - 【請求項4】軸受長さの長いラジアル軸受部の溝幅比を
軸受長さの短いラジアル軸受部の溝幅比よりも大きくし
た請求項1または請求項2記載の動圧流体軸受装置。 - 【請求項5】前記動圧発生溝がヘリングボーン形状であ
る請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の動圧流
体軸受装置。 - 【請求項6】前記作動流体が気体である請求項1から請
求項5のいずれか1項に記載の動圧流体軸受装置。
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