CN1246600C - 动压流体轴承装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种动压流体轴承装置，其可消除旋转时轴的中心线与轴套的中心线的倾斜而使旋转精度良好，降低NRRO。其特点是，径向轴承部的轴承长度L1、L2不相同，并且，构成径向轴承部的动压发生槽在多个径向轴承部中至少满足以下条件中的1个，即：(1)轴承长度为长的径向轴承部的槽深度，设置得比轴承长度为短的径向轴承部的槽深度还深；(2)设槽宽a相对于槽宽a与脊宽b之和(a+b)的比为槽宽比[a/(a+b)]，则轴承长度为长的径向轴承部的槽宽比设置得比轴承长度为短的径向轴承部的槽宽比还大；(3)轴承长度长的径向轴承部的槽角度比轴承长度短的径向轴承部的槽角度小。
Description
技术领域
本发明涉及一种动压流体轴承装置，尤其涉及一种作为要求高旋转精度的硬盘装置等的主轴电动机所使用的动压流体轴承装置。
背景技术
近年来，硬盘装置为了增大记录容量，而将磁盘的磁道密度高密度化。在旋转驱动这样的高磁道密度的磁盘的主轴电动机中，要求更高的旋转精度。尤其是与旋转不同步的摆动(以下称为“NRRO”)大的话，由于引起跟踪时的偏离磁道，故必需尽可能减小NRRO。为此，在高旋转精度的基础上，作为实现高速旋转、静音化的电动机，开发了采用动压流体轴承装置的主轴电动机。
图5表示采用动压流体轴承装置的传统的硬盘装置。
如图5(a)所示，在作为固定侧的底座1上压入固定有轴2的基端部，在轴2的前端部设有止推凸缘3而构成轴体18。在轴2的外周部设有轴套5，在轴套5上与止推凸缘3相对地设有止推板4，以形成轴承体17。
如图5(b)所示，在轴套5的内周面形成动压发生槽15a、15b，构成一对径向轴承部14a、14b。另外，在止推凸缘3的两面都形成动压发生槽(未图示)，构成止推轴承(未图示)。在轴体18与轴承体17之间的间隙内，充填有作为工作流体的非压缩性的油16，轴承体17被旋转自如地支承。
设在轴2外周部的壁1a上设有绕有线圈10的定子铁心9。另外，在轴套5的外周压入固定有用来放置磁盘13的轮毂6，将磁铁7通过轭铁8而安装在轮毂6的外周部，以与定子铁心9相对。通过隔片12而载放在轮毂6外周的多个磁盘13，通过夹子11而由螺钉19的紧固力安装。
一旦线圈10通电，线圈10与磁铁7之间就发生电磁场并产生电动机的旋转驱动力，在旋转驱动轴承体17的同时，利用径向轴承部14a、14b和止推轴承部内所形成的动压发生槽的泵作用而对轴承体17产生上浮力，轴承体17通过轴体18和油16进行非接触的旋转。
在如此构成的磁盘装置中，旋转时作用于径向轴承部14a、14b的负荷，因形成于轴套5的内周的一对径向轴承部14a、14b的形成位置、轴承体17及安装在其上的将磁盘13、隔片12、夹子11等组合在一起的旋转体的重心位置而不同，故会发生旋转摆动。
为此，一般如日本专利特开平8-335366号等揭示的那样，径向轴承部14a、14b的沿轴心方向的长度不同。以下，在本说明书内，径向轴承部14a、14b的沿轴心方向的长度称为“轴承长度”。具体地说，将形成于轴2前端侧的径向轴承部14a的轴承长度L1设定得比形成于轴2基端部侧的径向轴承部14b的轴承长度L2长，获得径向轴承14a、14b的轴承刚性与旋转体的重心位置G的平衡，可调整成将旋转摆动减小。
但是，在如此结构中，尽管在目前的硬盘装置中没有什么问题，但随着硬盘装置的高速旋转化和小型化，将来会需要更进一步的旋转精度和NRRO的更降低。NRRO的发生可以认为主要由以下原因造成。
如上所述，在为使轴承长度L1、L2不同而形成的径向轴承部14a、14b中，人字形的动压发生槽15a、15b无论各个槽深度、槽角度度、槽宽都分别设定为相等。因此，旋转时轴2的外周面与轴套5的内周面的间隙成为最小的位置与由动压作用于轴套5的力所构成的角、即偏心角，其径向轴承部14a的偏心角比径向轴承部14b的偏心角大。其结果，轴2的中心线和轴套5的中心线成为倾斜旋转，旋转精度恶化，NRRO也增大。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而作成的，以提供一种能消除旋转时轴的中心线和轴套的中心线的倾斜、旋转精度优良、可降低NRRO的动压流体轴承装置为目的。
本发明的技术方案1的动压流体轴承装置是，在一方相对于另一方旋转自如地被支承的轴与轴承体之间介入工作流体，在轴的外周面与轴承体的内周面的至少某一个面上形成动压发生槽，构成多个轴心方向的轴承长度不同的径向轴承部，其特点在于，构成所述径向轴承部的动压发生槽在所述多个径向轴承部中至少满足以下条件中的1个，即：
(1)轴承长度为长的径向轴承部的槽深度，设置得比轴承长度为短的径向轴承部的槽深度还深；
(2)设槽宽a相对于槽宽a与脊宽b之和(a+b)的比为槽宽比[a/(a+b)]，则轴承长度为长的径向轴承部的槽宽比，设置得比轴承长度为短的径向轴承部的槽宽比还大；
(3)轴承长度长的径向轴承部的槽角度比轴承长度短的径向轴承部的槽角度小。
这样的结构，由于使对于偏心角贡献率高的槽深度变化，故即使径向轴承部的轴承长度的差异大，只要稍改变槽深度即可容易地使偏心角大致一致。
而且，由于使对于偏心角贡献率高的槽宽比变化，故即使径向轴承部的轴承长度的差异大，只要稍改变槽宽比即可容易地使偏心角大致一致。
本发明的技术方案2的动压流体轴承装置，其特点在于，所述动压发生槽为人字形。
本发明的技术方案3的动压流体轴承装置，其特点在于，所述工作流体为气体。
所述结构，即使工作流体是可压缩性，也能得到与上述相同的效果。
附图说明
图1是本发明实施形态的动压流体轴承装置的主要部分的放大剖视图和沿A-A线、B-B线的轴套的主要部分的放大俯视图。
图2是相同实施形态的径向轴承部的槽角度与偏心角关系的示图。
图3是相同实施形态的径向轴承部的槽深度与偏心角关系的示图。
图4是相同实施形态的径向轴承部的槽宽比与偏心角关系的示图。
图5是使用传统动压流体轴承装置的硬盘装置用主轴电动机的剖视图。
具体实施方式
以下利用附图1至图4对本发明的实施形态作说明。
与传统例子图5相同的结构用同一符号进行说明。
图5所示的动压流体轴承装置中，将径向轴承部14a的轴承长度L1设定得比径向轴承部14b得轴承长度L2长，并使轴承刚性变化，取得与旋转体重心位置G的平衡，如图1(a)～(c)所示，该实施形态中，进一步将径向轴承部14a、14b的结构作成特殊，使各个偏心角一致或基本一致。
径向轴承部14a、14b的偏心角，是旋转时轴2的外周面与轴套5的内周面之间的间隙为最小的位置与动压作用于轴套5的力所构成的角度，通过使以下①～③结构中的某一个或多个组合，可使所有的径向轴承部中的偏心角基本一致。
①使径向轴承部14a、14b中的动压发生槽15a、15b的槽角度θ1、θ2不同。这里，所谓槽角度θ1、θ2，是动压发生槽15a、15b与轴2的径向所构成的角度。
②使径向轴承部14a、14b中的动压发生槽15a、15b的槽深度d1、d2不同。尤其是，最好轴承长度为短的径向轴承部14b的槽深度d2比轴承长度为长的径向轴承部14a的槽深度d1浅。
③使轴承长度为短的径向轴承部14b的槽宽比小于轴承长度为长的径向轴承部14a的槽宽比。这里，所谓槽宽比，是槽宽a相对于槽宽a与脊宽b之和(a+b)的比[a/(a+b)]。
如此，轴承长度不同的多个径向轴承部中，可构成所有的偏心角基本一致，可减小轴2的中心线和轴套5的中心线的倾斜，提高旋转精度，降低NRRO。
以下，列举具体事例进行说明。
在与图5相同结构的动压流体轴承装置中，轴2的直径设为3mm、径向轴承部14a、14b的形成位置处的轴2与轴套5的半径间隙设为3μm。另外，径向轴承部14a、14b的轴承长度L1、L2，考虑到轴承刚性与旋转体重心位置G的平衡，而设为L1＝3.0mm、L2＝2.5mm。
在如此设计的动压流体轴承装置中，以往技术是考虑轴承刚性与旋转稳定性，将槽角度设为30°、槽深度设为3.5mm、槽宽比设为0.5、槽的截面形状设为圆弧形状。
在本实施形态中，若构成径向轴承部14a、14b的动压发生槽15a、15b的槽形状是相同时，由于偏心角不一致，故如以下那样使动压发生槽15a、15b的槽形状变化。
首先，分别改变槽角度θ1、θ2，测定槽角度和偏心角的关系。图2是对非压缩性的纳维尔·斯托克斯方程进行数值解析的结果。在将轴承长度L1较长的径向轴承部14a的槽角度θ1设为与传统技术相同的30°时，轴承长度L2较短的径向轴承部14b的槽角度θ2只要设为约45°即可。此时，径向轴承部14b的轴承刚性几乎不变，故轴承长度L2可仍为2.5mm。
其次，分别使槽深度d1、d2变化，测定槽深度和偏心角的关系。图3是对非压缩性的纳维尔·斯托克斯方程进行数值解析的结果，槽深度越深，偏心角越小。因此，若将轴承长度为长的径向轴承部14a的槽深度d1作成传统技术的3.5μm时，则轴承长度为短的径向轴承部14b的槽深度d2作成比3.5μm浅即可，但槽深度太浅，轴承刚性增大，故可缩短轴承长度L2。考虑到这些因数，轴承长度为短的径向轴承部14b的轴承长度L2设为2.4mm、槽深度设为3.0μm，这样，上下的径向轴承部14a、14b的偏心角可基本作成一致。
另外，分别仅改变槽宽比[a/(a+b)]，测定槽宽比与偏心角的关系。图4是对非压缩性的纳维尔·斯托克斯方程进行数值解析的结果，槽宽比越大，偏心角越小。
因此，若轴承长度为长的径向轴承部14a的槽宽比[a1/(a1+b1)]作成与传统技术相同的0.5时，则轴承长度为短的径向轴承部14b的槽宽比[a2/(a2+b2)]作得比0.5小即可，但槽宽比作得小，轴承刚性变大，故可缩短轴承长度L2。考虑到这些因数，轴承长度为短的径向轴承部14b的轴承长度L2设为2.4mm、槽宽比设为0.4，上下的径向轴承部14a、14b的偏心角可基本作成一致。
这样，偏心角可通过预备实验或数值解析求得，故能确定构成径向轴承部14a、14b的人字形动压发生槽的详细尺寸。其结果，在轴承长度L1、L2不同的径向轴承部14a、14b中，通过使动压发生槽15a、15b的槽角度θ1、θ2、槽深度d1、d2、槽宽比中的至少1个不同，使各个偏心角大致一致，而减小旋转时轴2的中心线和轴套5的中心线的倾斜，提高旋转精度。
另外，在上述说明中，是以在轴套5的内周面形成动压发生槽15a、15b构成径向轴承部14a、14b为例作了说明，但本发明并不局限于此，动压发生槽也可形成在轴2的外周面上，或形成于轴套5的内周面和轴2的外周面双方。
另外，在上述说明中，是以设置2个径向轴承部为例作了说明，但本发明并不局限于此，也可设置2个以上。
另外，在上述说明中，形成于径向轴承部的动压发生槽的形状作成在中央弯曲部为上下对称的人字形，但本发明不限于此，既可是相对中央弯曲部为非对称的人字形，也可是螺旋形状或八字形的槽形状。
另外，在上述说明中，是以工作流体为非压缩性的油为例作了说明，但本发明不限于此，也可使用其他的如水等的液体，还可使用密度变化的某种气体，比如空气等。
另外，径向轴承部的个数、动压发生槽的形状等，可根据轴2和轴套5的形状和大小作出合理的选择，并不限于所述形状。
如上所述，采用本发明的动压流体轴承装置，由于在一方相对于另一方旋转自如地被支承的轴和轴承体之间介入工作流体，在轴的外周面和轴承体的内周面中的至少一个面上形成动压发生槽，构成多个轴心方向的轴承长度不同的径向轴承部，而构成所述径向轴承部的动压发生槽的槽深度、槽与轴的径向所构成的角即槽角度、槽宽a相对于槽宽a与脊宽b之和(a+b)的比[a/(a+b)]中的至少一个在所述多个径向轴承部不同，所以，旋转时轴的中心线和轴承体的中心线不会倾斜而进行旋转，故可提高旋转精度，降低NRRO。
Claims (3)
1.一种动压流体轴承装置，在一方相对于另一方旋转自如地被支承的轴和轴承体之间介入工作流体，在轴的外周面和轴承体的内周面中的至少一个面上形成动压发生槽，构成多个轴心方向的轴承长度不同的径向轴承部，其特点在于，
构成所述径向轴承部的动压发生槽在所述多个径向轴承部中至少满足以下条件中的1个，即：
(1)轴承长度为长的径向轴承部的槽深度，设置得比轴承长度为短的径向轴承部的槽深度还深；
(2)设槽宽a相对于槽宽a与脊宽b之和(a+b)的比为槽宽比[a/(a+b)]，则轴承长度为长的径向轴承部的槽宽比设置得比轴承长度为短的径向轴承部的槽宽比还大；
(3)轴承长度长的径向轴承部的槽角度比轴承长度短的径向轴承部的槽角度小。
2.根据权利要求1所述的动压流体轴承装置，其特点在于，所述动压发生槽为人字形。
3.根据权利要求1所述的动压流体轴承装置，其特点在于，所述工作流体为气体。
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