CN108799324B - 流体轴承装置、马达以及盘驱动装置 - Google Patents

流体轴承装置、马达以及盘驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种流体轴承装置、马达以及盘驱动装置。流体轴承装置具有静止部件和旋转部件。静止部件的轴承面和旋转部件的轴承面隔着填充有流体的微小间隙而对置。轴承面中的至少一方具有第一动压槽列，第一动压槽列具有沿着周向以不固定的间隔不均等地排列的多个第一动压槽。

Description

流体轴承装置、马达以及盘驱动装置
技术领域
本发明涉及一种流体轴承装置、马达以及盘驱动装置。
背景技术
以往，已知有硬盘驱动器等盘驱动装置。在盘驱动装置中搭载有用于使盘旋转的马达。马达在旋转体与非旋转体之间设置动压轴承，进行高速旋转。对于以往的旋转装置，例如记载于日本公开公报第2000-199520号公报中。该公报的旋转装置具有径向固定部件、和相对于径向固定部件能够旋转的旋转单元。在与径向固定部件和旋转单元对置的动压轴承部上等间隔地形成有多个动压产生槽。多个动压产生槽各自的槽的长度、或者槽的深度不同。由此，实现了获得高速旋转且稳定的旋转性能的旋转装置。
在日本公开公报第2000-199520号公报所记载的旋转装置中，动压产生槽沿旋转轴的周向等间隔地形成。当等间隔地形成动压产生槽时，有时明显出现与该间隔相对应的特定频率的噪音。该情况下，在日本公开公报第2000-199520号公报所记载的旋转装置中，无法抑制特定频率的噪音。
发明内容
鉴于这样的问题，本发明的目的在于提供一种流体轴承装置、马达以及盘驱动装置，在旋转部件旋转时抑制特定频率的噪音的产生。
为了解决上述课题，本发明提供一种流体轴承装置，所述流体轴承装置具有：静止部件；和旋转部件，其相对于所述静止部件以旋转轴为中心旋转，所述静止部件的轴承面和所述旋转部件的轴承面隔着填充有流体的微小间隙而对置，所述轴承面中的至少一方具有第一动压槽列，所述第一动压槽列具有沿着周向以不固定的间隔不均等地排列的多个第一动压槽。
根据本申请例示的一实施方式，在旋转部件旋转时抑制了特定频率的噪音的产生。
附图说明
图1是本申请例示的实施方式涉及的盘驱动装置的剖视图。
图2是图1中的主轴马达的放大图。
图3是从旋转轴的上侧观察的、套筒的第一内周面的平面图。
图4是用于说明不均等地排列的多个第一动压槽的图。
图5是用于说明不均等地排列的多个第二动压槽的图。
图6是通过数值来表示以旋转轴为中心的、第一动压槽和第二动压槽各自的配置角度的图。
图7是从径向观察的、套筒的第一内周面和第二内周面的平面图。
图8是表示流体轴承装置的另一结构例的图。
图9是表示流体轴承装置的其他结构例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本申请例示的实施方式进行说明。另外，在本申请中，作为具有“流体轴承装置”的“马达”的一例，列举主轴马达为例进行说明。此外，将与马达的中心轴线平行的方向称为“轴向”，将与马达的中心轴线垂直的方向称为“径向”，将沿着以马达的中心轴线为中心的圆弧的方向称为“周向”。此外，在本申请中，将轴向设为上下方向，相对于基部将定子单元侧设为上而对各部的形状和位置关系进行说明。其中，并非意图通过该上下方向的定义来限定本申请涉及的马达、和盘驱动装置使用时的方向。
此外，在本申请中所谓“平行的方向”也包含大致平行的方向。此外，在本申请中所谓“垂直的方向”也包含大致垂直的方向。
图1是本申请例示的实施方式涉及的盘驱动装置100的剖视图。
盘驱动装置100是硬盘驱动装置，其在使三个磁盘101旋转的同时，从磁盘101读出信息或向磁盘101写入信息。盘驱动装置100具有：主轴马达1、三个磁盘101、三个存取部102、以及收纳它们的壳体103。
壳体103具有基部40和罩部件104。基部40也是后述的主轴马达1的一部分。基部40例如通过铸造而成型。基部40是铝压铸件。基部40具有开口。罩部件104嵌合在基部40的开口中。由此，构成壳体103。在壳体103的内部空间中收纳有后述的主轴马达1的轴10、旋转部20和定子单元30。基部40与罩部件104被以无损壳体103内的气密性的方式组合。
在壳体103的内部空间中填充有密度比空气低的气体，例如氦气。通过填充氦气，磁盘101旋转时的摩擦风音降低。另外，在壳体103的内部空间中也可以填充氢气、空气等。
多个磁盘101是记录信息的介质。多个磁盘101之间配置有间隔件105、间隔件106，多个磁盘101被沿着在上下方向上延伸的旋转轴9层叠。并且，多个磁盘101被支承于后面详细叙述的主轴马达1。多个磁盘101通过主轴马达1而以旋转轴9为中心旋转。
存取部102具有头部107、臂108以及头部移动机构109。头部107接近磁盘101的表面，磁性进行记录于磁盘101中的信息的读出、和向磁盘101的信息的写入中的至少任一方。头部107被支承于臂108。臂108被支承于头部移动机构109。
图2是图1的主轴马达1的放大图。
主轴马达1具有：轴10、环状部件11、旋转部20、定子单元30、以及基部40。本申请例示的各实施方式涉及的主轴马达1是三相马达。
轴10是沿着旋转轴9配置的大致圆柱形状的部件。轴10将旋转部20支承为能够以旋转轴9为中心旋转。轴10例如由不锈钢等金属形成。轴10的上端部被固定于壳体103的罩部件104。轴10的下端部被固定于基部40。
在轴10的外周面上设置有两个环状部件11。两个环状部件11在轴向上隔开间隔地设置于轴10的上下位置。环状部件11是从轴10的外周面向径向外侧突出、固定于轴10或者与轴10一体成型的部件。另外，在以下的说明中，对固定于轴10的轴向上侧的环状部件11进行说明。
在环状部件11的外周面上，上部的外周面11A的直径从轴向的大致中央向上渐渐变小。此外，在环状部件11的外周面上，下部的外周面11B的直径从轴向的大致中央向下渐渐变小。通过轴10和环状部件11而构成本申请例示的实施方式涉及的“静止部件”。
旋转部20是相对于轴10和环状部件11以旋转轴9为中心旋转的旋转部件。旋转部20具有套筒21、转子轮毂22、夹紧部件23(参照图1)、转子磁铁24和轭25。
套筒21能够以旋转轴9为中心相对于轴10和环状部件11旋转。套筒21具有：与环状部件11的外周面11B对置的第一内周面21A；以及与轴10的外周面对置的第二内周面21B。套筒21的第一内周面21A和第二内周面21B、与轴10的外周面和环状部件11的外周面11B隔着填充有润滑油等流体的微小间隙而对置。第二内周面21B具有向径向外侧凹陷的槽21C。槽21C是用于流体的界面稳定用的空气循环用的槽。
第一内周面21A是与环状部件11的外周面11B对置的轴向轴承面。第二内周面21B是与轴10的外周面对置的径向轴承面。在第一内周面21A和第二内周面21B上分别设置有用于产生流体的动压的动压槽列。动压槽列在后面详细叙述。通过轴10、环状部件11和套筒21构成本发明的“流体轴承装置”。
在套筒21的轴向上侧和轴向下侧分别设置有密封部件210以防止流体泄漏到主轴马达1的外部。密封部件210覆盖环状部件11以及套筒21的上表面和下表面，密封部件210被固定于套筒21。
转子轮毂22是圆筒状。转子轮毂22被支承于套筒21上。并且，转子轮毂22与套筒21一起以旋转轴9为中心旋转。套筒21与转子轮毂22可以由连成一体的部件形成，也可以是分体的部件。套筒21和转子轮毂22的材料例如使用铝合金或者强磁性不锈钢等金属。
夹紧部件23被支承于转子轮毂22。如图1所示，夹紧部件23在与转子轮毂22之间支承多个磁盘101。由此，多个磁盘101被支承于旋转部20，并以旋转轴9为中心旋转。
转子磁铁24借助于轭25而固定于转子轮毂22的内周面。转子磁铁24构成以旋转轴9为中心的圆环形状。转子磁铁24的内周面是沿周向交替排列有N极和S极的磁极面。
定子单元30被配置于转子轮毂22的径向内侧。定子单元30产生使旋转部20旋转的转矩。定子单元30具有多个线圈31和定子铁芯32。
定子铁芯32是层叠了多个以旋转轴9为中心的圆环状的磁性体的层叠结构体。定子铁芯32固定于基部40。定子铁芯32具有向径向外侧突出的多个齿。
多个线圈31卷绕于多个齿，以旋转轴9为中心呈环状配置。多个线圈31由三个线圈组构成。三个线圈组分别是U相用、V相用和W相用。各线圈组由一个导线构成。线圈31和定子铁芯32、与转子磁铁33在径向上对置。当向线圈31提供驱动电流时，产生径向的磁通。产生的磁通与转子磁铁33的磁通相互作用，产生用于使旋转部20以旋转轴9为中心旋转的转矩。
图3是从旋转轴9的上侧观察的、套筒21的第一内周面21A的平面图。
在第一内周面21A上设置有第一动压槽列51和第二动压槽列52。另外，第一动压槽列51与第二动压槽列52设置于相同的第一内周面21A上，但是为了便于说明，在图3中通过虚线来表示第二动压槽列52。
第一动压槽列51具有多个(在该示例中，是14个)第一动压槽511。第一动压槽511是连接第一端和第二端的线为曲线状的月牙形状。第一动压槽511的第一端配置成比第二端靠径向内侧。多个第一动压槽511沿着周向以不固定的间隔不均等地排列。此外，多个第一动压槽511分别如图3所示的线段(A)那样配置成：在径向上，一个第一动压槽511的第一端与另外至少两个第一动压槽511重合。
这里，所谓“不固定的间隔”表示相邻的第一动压槽511的周向上的间隔并非固定的。更详细来说，相邻的第一动压槽511的第一端附近的间隔与第二端附近的间隔不同。此外，所谓“不均等”表示14个第一动压槽511全部以不同的间隔沿周向排列。对于“不均等”，将在后面进行详细叙述。
第二动压槽列52具有多个(在该示例中，是20个)第二动压槽521。第二动压槽521是连接第一端与第二端的线为曲线状的月牙形状。第二动压槽521的第二端配置成比第一端靠径向的外侧。多个第二动压槽521在比第一动压槽511靠径向外侧处沿着周向以不固定的间隔不均等地排列。多个第二动压槽521的每一个与多个第一动压槽511的每一个不连续。此外，多个第二动压槽521分别如图3所示的线段(B)那样配置成：在径向上，一个第一动压槽511的第二端与至少三个(在图3中是4个)第二动压槽521重合。
另外，在套筒21的下侧的第一内周面21A上也与图3一样，设置有第一动压槽列和第二动压槽列。
图4是用于说明不均等地排列的多个第一动压槽511的图。图5是用于说明不均等地排列的多个第二动压槽521的图。图6是通过数值来表示以旋转轴9为中心的、第一动压槽511和第二动压槽521各自的配置角度的图。另外，在图4中，省略了第二动压槽521的图示。此外，在图5中，省略了第一动压槽511的图示。
图6的带括号的数值例如(1)等与图4和图5的带括号的数值相对应。例如，图4所示的(1)中的角度是25.20°。此外，图5所示的(1)中的角度是21.84°。
14个第一动压槽511以相对于旋转轴9的特定径向位置为开始位置沿着周向以25.20°、29.63°、21.32°、21.18°、33.12°、33.80°、22.56°、19.08°、22.42°、24.23°、29.69°、34.00°、25.69°、18.07°的间隔排列。在本实施方式中，多个第一动压槽511的第一端为上述间隔。但是，多个第一动压槽511的第二端也可以为上述间隔。此外，多个第一动压槽511的中心部也可以为上述间隔。
同样地，20个第二动压槽521以相对于旋转轴9的特定径向位置为开始位置沿着周向以21.84°、21.67°、19.77°、16.78°、14.27°、14.19°、16.88°、20.09°、20.83°、18.65°、16.26°、16.60°、19.38°、21.39°、20.08°、16.41°、13.68°、14.10°、17.00°、20.13°的间隔排列。在本实施方式中，多个第二动压槽521的第二端为上述间隔。但是，多个第二动压槽521的第一端也可以为上述间隔。此外，多个第二动压槽521的中心部也可以为上述间隔。
图7是从径向内侧观察的、套筒21的第一内周面21A和第二内周面21B的平面图。在图7中，通过虚线来表示轴10。此外，第一动压槽511和第二动压槽521是月牙形状，但在图7中通过直线状来表示。
在第二内周面21B上设置有第三动压槽列53。第三动压槽列53的多个第三动压槽531沿周向排列。第三动压槽531既可以等间隔排列，也可以设置成不等间隔。此外，第三动压槽531的形状没有特别限定。此外，第三动压槽531的总数能够适当变更，但优选的是，在用N1来表示第一动压槽511的总数，用N2来表示第二动压槽521的总数，用N3来表示第三动压槽531的总数时，满足N1＜N3＜N2。例如，如上所述，第一动压槽的总数是14个，第二动压槽521的总数是20个时，第三动压槽531的总数例如是15个。
如上所述，通过在套筒21的第一内周面21A和第二内周面21B上设置动压槽，能够抑制套筒21与轴10和环状部件11通过微小间隙而接触。并且，通过在作为轴向轴承面的第一内周面21A上以不固定的间隔不均等地设置多个第一动压槽511，能够抑制特定频率的噪音的产生。此外，通过在作为轴向轴承面的第一内周面21A上以不固定的间隔不均等地进一步设置多个第二动压槽521，对于第一动压槽列51和第二动压槽列52双方，能够抑制特定频率的噪音的产生。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并非局限于上述实施方式。
第一动压槽511的数量和第二动压槽521的数量不限于实施方式的数值。第一动压槽511的数量和第二动压槽521的数量能够根据主轴马达1的转速而适当变更。例如，在用N来表示第一动压槽511的数量，用R来表示主轴马达1的转速时，优选总数N满足500＜(R/60)×N＜5000。对于第二动压槽521也是一样的。
此外，排列多个第一动压槽511的间隔不限于实施方式的数值。多个第一动压槽511在用N来表示第一动压槽511的总数时，以(360°/N)±10°、或者(360°/N)±(150°/N)的间隔沿着周向排列即可。对于第二动压槽521也是一样的。
在上述实施方式中，第一动压槽列51和第二动压槽列52被设置于套筒21的第一内周面21A上，但是也可以设置于环状部件11的外周面11B上。此外，第三动压槽列53设置于套筒21的第二内周面21B上，但是也可以设置于轴10的外周面上。
此外，流体轴承装置的结构不限于上述实施方式。例如，流体轴承装置也可以是轴10以旋转轴9为中心旋转的结构。以下，列举流体轴承装置的两个示例。图8和图9是表示流体轴承装置的其他结构例的图。
在图8所示的流体轴承装置中，在轴10的径向外侧隔着微小间隙而配置有套筒211。此外，在轴10的下侧配置有帽212。轴10通过套筒211和帽212而被支承为能够旋转。在轴10的上端侧部固定有转子轮毂22。并且，轴10与转子轮毂22一起旋转。在对置的轴10的外周面10A和套筒211的内周面211A中的一方设置有第三动压槽列。第三动压槽列可以在轴向上设置于隔开间隔的两处，也可以只设置于一处。
在轴10的下侧端部固定有环状部件111。轴10与环状部件111可以是分体部件，也可以是单一部件。环状部件111的轴向的上表面111A隔着微小间隙而与套筒211的下表面211B对置。此外，环状部件111的轴向的下表面111B隔着微小间隙而与帽212的上表面212A对置。环状部件111的上表面111A与套筒211的下表面211B中的一方上设置有第一动压槽列和第二动压槽列。此外，在环状部件111的下表面111B与帽212的上表面212A中的一方上也设置有第一动压槽列和第二动压槽列。
在图9所示的流体轴承装置中，在轴10的径向外侧隔着微小间隙配置有轴承壳体211和套筒21。此外，在轴10的下侧配置有帽212。轴10通过套筒21、轴承壳体211和帽212而被支承为能够旋转。对置的轴10的外周面10A与套筒21的内周面21D中的一方上设置有第三动压槽列。
轴10的下端部沿径向突出。突出的部分的上表面10B隔着微小间隙而与套筒21的下表面21E在轴向上对置。此外，轴10的下表面10C与帽212的上表面212A隔着微小间隙而在轴向上对置。轴10的下端部上面10B与套筒21的下表面21E中的一方上，设置有第一动压槽列和第二动压槽列。此外，轴10的下表面10C与帽212的上表面212A中的一方上也设置有第一动压槽列和第二动压槽列。
本申请能够用于例如流体轴承装置、马达以及盘驱动装置。

Claims (16)

1.一种流体轴承装置，其具有：
静止部件；和
旋转部件，其相对于所述静止部件以旋转轴为中心旋转，
所述静止部件的轴承面和所述旋转部件的轴承面隔着填充有流体的微小间隙而对置，
其特征在于，
所述轴承面中的至少一方具有第一动压槽列，
所述第一动压槽列具有多个第一动压槽，该多个第一动压槽沿着周向以不规则地变化的不固定的间隔不均等地排列。
2.根据权利要求1所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述轴承面中的至少一方具有第二动压槽列，
所述第二动压槽列具有多个第二动压槽，该多个第二动压槽在比所述第一动压槽列靠径向的外侧的位置沿着所述周向以不固定的间隔不均等地排列。
3.根据权利要求2所述的流体轴承装置，其特征在于，
多个所述第一动压槽中的每一个与多个所述第二动压槽中的每一个不连续。
4.根据权利要求2所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述第一动压槽与所述第二动压槽分别具有作为所述周向上的一端的第一端以及作为所述周向上的另一端的第二端，
第一端被配置于比第二端靠所述径向的内侧的位置。
5.根据权利要求4所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述多个第一动压槽中的一个第一动压槽的第一端在所述径向上与另外至少两个第一动压槽重合。
6.根据权利要求4所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述多个第一动压槽中的一个第一动压槽的第二端在所述径向上与至少三个第二动压槽重合。
7.根据权利要求2所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述第一动压槽或者所述第二动压槽在用N来表示总数时，以(360°/N)±10°的间隔沿着所述周向排列。
8.根据权利要求2所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述第一动压槽或者所述第二动压槽在用N来表示总数时，以(360°/N)±(150°/N)的间隔沿着所述周向排列。
9.根据权利要求2所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述第一动压槽或者所述第二动压槽的总数用N表示，所述流体动压轴承装置的转速用R来表示时，满足500＜(R/60)×N＜5000。
10.根据权利要求2所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述静止部件具有：
轴，其沿着中心轴线延伸；和
环状部件，其在所述轴的轴向上隔开间隔地分别上下设置于所述轴的外周面上，
所述旋转部件被支承为能够相对于所述轴和所述环状部件借助于润滑油以所述中心轴线为中心旋转，所述旋转部件具有：径向轴承面，其与所述轴对置；和轴向轴承面，其被设置于所述径向轴承面的至少一端，与所述环状部件对置，
所述轴向轴承面具有所述第一动压槽列和所述第二动压槽列，
所述径向轴承面具有第三动压槽列，所述第三动压槽列包括沿着所述周向排列的多个第三动压槽。
11.根据权利要求10所述的流体轴承装置，其特征在于，
在所述第一动压槽的总数用N1表示，所述第二动压槽的总数用N2表示，所述第三动压槽的总数用N3表示时，N1＜N3＜N2。
12.根据权利要求10所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述第一动压槽列具有14个所述第一动压槽，
所述第二动压槽列具有20个所述第二动压槽，
所述第三动压槽列具有15个所述第三动压槽。
13.根据权利要求12所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述多个第一动压槽以相对于所述中心轴线的特定径向位置为开始位置沿着所述周向以25.20°、29.63°、21.32°、21.18°、33.12°、33.80°、22.56°、19.08°、22.42°、24.23°、29.69°、34.00°、25.69°、18.07°的间隔排列。
14.根据权利要求12所述的流体轴承装置，其特征在于，
所述多个第二动压槽以相对于所述中心轴线的特定径向位置为开始位置沿着所述周向以21.84°、21.67°、19.77°、16.78°、14.27°、14.19°、16.88°、20.09°、20.83°、18.65°、16.26°、16.60°、19.38°、21.39°、20.08°、16.41°、13.68°、14.10°、17.00°、20.13°的间隔排列。
15.一种马达，其特征在于，
所述马达具有权利要求1所述的流体轴承装置。
16.一种盘驱动装置，其特征在于，
所述盘驱动装置具有：
权利要求15所述的马达；
壳体，其具有收纳所述马达的内部空间；
盘，其在所述壳体的所述内部空间中被支承于所述马达；以及
存取部，其针对所述盘进行信息的读出和写入中的至少一方。
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