JP2002171719A - 流体軸受けモータ - Google Patents
流体軸受けモータInfo
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- H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
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- H02K5/167—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
- H02K5/1675—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor
Abstract
・衝撃といった特性を満足することができる流体軸受モ
ータを提供すること。 【解決手段】 軸体3が回転したときにオイル5を媒介
にして発生する圧力は、スラスト軸に設けられた動圧発
生溝3aによって、スラスト軸方向だけでなく、ラジア
ル軸方向に対しても高い圧力で加わるようにした。
Description
タに関し、更に詳しくは、薄い流体軸受けにしても、N
RROや耐振動・衝撃といった特性を満足することがで
きる流体軸受モータに関する。
リングを用いてモータの軸を受けるようにした構造が量
産されている。ところが、ベアリングを用いた軸受けで
は、原理的に鋼球が軸や支持体上を転がる状態であるた
め、騒音が発生してしまう。特に、近年、高密度化して
きているHDD(ハードディスクドライブ装置)を情報
家電に搭載する場合には、モータを高速回転させると騒
音が大きくなるため、その騒音が問題となっている。ま
た、ベアリングを用いた軸受けでは、NRRO(非同期
振れ)が大きく、高密度化されるHDDでは、読み書き
エラーを生じさせてしまうことにもなる。
動圧軸受け)と呼ばれるオイルを潤滑剤として使用した
軸受けの開発が盛んに行われてきている。この流体軸受
けは、軸とスリーブ(支持体)との間に潤滑油を満たし
て互いが接触しないようにして回転させるため、原理的
に騒音を発生しにくく、また、軸の回転の軌跡が真円に
近く、NRROがベアリングに比べてかなり小さい。
モータの要部を示す断面図である。図12には逆T字型
と呼ばれる軸受け、図13にはT字型と呼ばれる軸受け
の場合を示している。
00は、円筒状の軸体挿入孔を成形したスリーブ(支持
体)31と、前記スリーブ31の下側を固定するフレー
ム32と、前記スリーブ31の軸体挿入孔と前記スリー
ブ31によって形成される空間に隙間を空けて挿入する
断面逆T型円筒状の軸体33と、前記軸体33の上部分
に固定して取り付けるハブ34と、前記隙間に充填され
るオイル35とを主な構成要素として組み立てた流体軸
受けを備えている。また、この流体軸受けモータ300
は、前記スリーブ31の周縁部分に配置される鉄鋼板を
重ねたコア36と、このコア36に巻きつけられるコイ
ル37と、前記コア36および前記コイル37に対向す
る位置であって前記ハブ34に取り付けられるマグネッ
ト38とを備えている。この流体軸受けモータ300
は、前記コア36と前記コイル38とで発生される変動
磁界を前記マグネット38に作用させ、ハブ34を回転
させて軸体33を回転するようになっている。
ときにオイル35を媒介にして圧力が生じる。このとき
発生する圧力によって軸体33をスリーブ31側から離
して回転させている。その圧力は、軸体33の表面に形
成された動圧発生溝によって発生させられる。この動圧
発生溝は、一般に、ヘリンボーンと呼ばれ、流体を流入
して集めて、流体の圧力を上昇させ、圧力の上昇した流
体を流出して動圧を発生させる。流体の流入は、軸体3
3自体が回転することによって、動圧発生溝の流入口側
から流体を流入させる。
向に動圧を発生するためラジアル軸に設けた溝と、流体
を集めてラジアル軸と直行する軸方向に動圧を発生する
ためスラスト軸に設けた溝とがある。一方、前記ラジア
ル軸が、支持される軸体挿入孔の部分をラジアル軸受部
と呼び、前記スラスト軸が、支持される軸体挿入孔の部
分をスラスト軸受部と呼んでいる。なお、ここでは、ス
ラスト軸受部は、前記スリーブ31とフレーム32とで
囲まれる領域を示す。つまり、ラジアル軸とスラスト軸
とは、それぞれ別々に設け、それぞれの軸に対して動圧
を発生する動圧発生溝を軸体33に成形している。
振れ回り、および、モーメントを保持する機能をもって
いる。一方、スラスト軸受部側では、ハブ34の上に同
軸上に積層される負荷(ディスク)の荷重を支える機能を
もっている。
ータ400は、ドーナツ状のアッパープレート40と、
断面T字型の円筒状の軸体挿入孔を成形し、前記アッパ
ープレート40を嵌めるスリーブ(支持体)41と、前
記前記スリーブ41の下側を固定するフレーム42と、
前記アッパープレート40と前記スリーブ41の軸体挿
入孔と前記フレーム42とによって形成される空間に隙
間を空けて挿入する断面十字型円筒状の軸体43と、前
記軸体43の上部分に固定して取り付けるハブ44と、
前記隙間に充填されるオイル45とを主な構成要素とし
て組み立てた流体軸受けを備えている。また、この流体
軸受けモータ400は、前記スリーブ41の周縁部分に
配置される鉄鋼板を重ねたコア46と、このコア46に
巻きつけられるコイル47と、前記コア46および前記
コイル47に対向する位置であって前記ハブ44に取り
付けられるマグネット48とを備えている。この流体軸
受けモータ400は、前記コア46と前記コイル48と
で発生される変動磁界を前記マグネット48に作用さ
せ、ハブ44を回転させて軸体43を回転するようにな
っている。この流体軸受けモータ400の場合にも、ラ
ジアル軸とスラスト軸とをそれぞれ別々に設け、それぞ
れの軸に対して動圧を発生する動圧発生溝を軸体33に
成形している。
ンピュータにHDDを搭載するばかりでなく、携帯情報
機器にもHDDを搭載してマルチメディア化を図るよう
に開発が進められている。この開発の対象となっている
携帯情報機器では、軽量化や小型化を図るため、HDD
にも、軽量化や小型化を要求している。特に、携帯性の
向上のため、流体軸受けモータ自体を薄くすることも要
求されている。
は、ラジアル軸とスラスト軸とをそれぞれ別々に設け
て、設計・製造され、所定長さのラジアル軸が必要なた
め、薄くするのに限界があった。つまり、単に、ラジア
ル軸を短くしてしまうと、軸の振れ回り触回りを抑える
だけの剛性力を得ることができなくなってしまう。この
ため、従来の流体軸受けモータでは、薄くするという要
求を満たしつつ、NRROや耐振動・衝撃といった特性
を満足することができない問題点がった。
たものであって、薄い流体軸受けにしても、NRROや
耐振動・衝撃といった特性を満足することができる流体
軸受モータを提供することを目的とする。
めに、この発明による流体軸受けモータは、流体を集め
て半径方向に動圧を発生する動圧発生溝を形成したラジ
アル軸と,流体を集めて前記ラジアル軸と直行する軸方
向に動圧を発生する動圧発生溝を形成したスラスト軸と
を有し,各動圧発生溝に流体を流入する所定方向に回転
させる軸体と、
れるラジアル軸受部と,前記スラスト軸が所定間隔を空
けて支持されるスラスト軸受部とを有する軸体挿入孔を
穿った軸支部材と,を備える流体軸受けモータにおい
て、前記スラスト軸および前記スラスト軸受部で発生さ
せる動圧が、ラジアル軸方向に対しても高い圧力で加わ
るようにしたことを構成上の特徴とする。
軸受部で発生させる動圧が、軸体の振れ回りおよび負荷
の荷重を保持する圧力を半径方向にも発生させ、かつ、
前記ラジアル軸および前記ラジアル軸受部で発生する動
圧が、ラジアル軸受部と軸体との接触を回避するだけの
圧力を前記ラジアル軸と直行する軸方向に発生させるよ
うにするのが好ましい。
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。
の形態1の流体軸受けモータの要部を示す断面図であ
る。この図1に示す流体軸受けモータは、逆T字型と呼
ばれる軸受けである。
軸体挿入孔を成形したスリーブ(支持体)1と、前記ス
リーブ1の下側を固定するフレーム2と、前記スリーブ
1の軸体挿入孔と前記スリーブ1によって形成される空
間に隙間を空けて挿入する断面逆T型円筒状の軸体3
と、前記軸体3の上部分に固定して取り付けるハブ4
と、前記隙間に充填されるオイル5とを主な構成要素と
して組み立てた流体軸受けを備えている。
記スリーブ1の周縁部分に配置される鉄鋼板を重ねたコ
ア6と、このコア6に巻きつけられるコイル7と、前記
コア6および前記コイル7に対向する位置であって前記
ハブ4に取り付けられるマグネット8とを備えている。
この流体軸受けモータ100は、前記コア6と前記コイ
ル7とで発生される変動磁界を前記マグネット8に作用
させ、ハブ4を回転させて軸体3を回転するようになっ
ている。
体軸受け部分の説明図である。この流体軸受けでは、軸
体3が回転したときにオイル5を媒介にして圧力が生じ
させる。このとき発生する圧力は、スラスト軸に設けら
れた動圧発生溝3aによって、スラスト軸方向だけでな
く、ラジアル軸方向に対しても高い圧力で加わるように
してある。ここで、スラスト軸はラジアル軸よりも径が
大きいため、ラジアル軸方向への動圧を発生させる動圧
発生溝3aを、単にラジアル軸に設けるよりも多く形成
できる。このため、ラジアル軸を従来の場合よりも短く
しても、短くしたことによって減った動圧発生溝の数だ
けを、スラスト軸に形成する場合には、ラジアル軸を短
くした分よりも短い長さのスラスト軸によって形成する
ことができる。したがって、ラジアル軸方向へ働く動圧
発生溝をスラスト軸にも形成することによって、流体軸
受けモータ100を薄くすることが可能になる。なお、
動圧発生溝への流体の流入は、軸体3自体が回転するこ
とによって、従来と同様に行うことができる。
軸受部側で機能させていた軸体3の振れ回りおよびモー
メント(負荷の荷重)を保持するさせるだけの動圧を発
生させるのが好ましい。この場合、図示しないがラジア
ル軸側にも動圧発生溝が形成されている。このラジアル
軸側の動圧発生溝は、ラジアル軸受部と軸体との接触を
回避するだけの圧力を発生させるだけを設ける必要があ
る。
る。図に示すように、従来と同様に、スラスト軸方向の
動圧も当然に、動圧発生溝3bによって発生させるよう
にしてある。
の圧力分布を説明する概念図である。図に示すとおり、
スラスト軸方向にもラジアル軸方向にも高い圧力の動圧
が発生される様子が分かる。なお、スラスト軸の圧力パ
ターンは、中心より外周側に一番高い圧力が発生するよ
うな動圧発生溝とするのが好ましい。
説明する図である。ここで、Gは、負荷(ディスク)あ
る場合の重心位置を示す。また、この重心Gに対して、
変位Xだけ移動させる力Fが加わった場合のバランスを
示している。なお、Oは回転中心、T1とT2はスラス
ト軸によるスラスト軸方向の動圧L(変位XT)を示
し、R2はスラスト軸によるラジアル軸方向への動圧N
(変位XR2)を示す。また、R1はラジアル軸によるラ
ジアル軸方向への動圧M(変位XR1)を示す。
け移動させる力Fが加わると、この力Fを打ち消すよう
に、動圧Mとともに、動圧Nが働く。動圧M×距離bと
動圧N×距離cの偶力の和が力F×距離aの偶力とつり
あうことになる。
好ましい関係を説明する図である。図に示すとおり、動
圧発生溝の谷部分と動圧発生溝との間の距離をa、動圧
発生溝がある面と動圧発生溝がある面との間の距離を
b、動圧発生溝の幅をc、動圧発生溝同士の間隔をdと
すると、2a≧b,3c≦dの関係のとき高い動圧を発
生させる。
ト軸受の剛性の関係を示すグラフを示す。ここで、剛性
は、軸振れを抑制するように働く動圧が多い場合が剛性
があるとして表す。また、比較のために、ラジアル軸剛
性が1〜3の割合の違いによる場合を示してある。この
グラフから、スラスト軸受け剛性を変えた方が、ラジア
ル軸剛性を変えるよりも効率よく高い剛性を得ることが
できることが分かる。これは、上述したように、スラス
ト軸の径の方が、ラジアル軸の径よりも太く、効率よ
く、動圧発生溝を形成することができることを意味して
いる。
スラスト軸受部側に、従来ラジアル軸受部側で機能させ
ていた軸体の振れ回りおよびモーメント(負荷の荷重)
を保持するさせるようにすることができるようになる。
このため、従来の場合に比べて、流体軸受けモータを薄
くしても、NRROや耐振動・衝撃といった特性を満足
させることが可能になる。
の形態2の流体軸受けモータの要部を示す断面図であ
る。この図8に示す流体軸受けモータは、T字型と呼ば
れる軸受けである。なお、図中、純粋なT字型ではない
のにT字型としているのは、動圧を発生させる動圧発生
溝がT字型に形成されているからである。つまり、図の
ように、十字型の軸に対して十字状に動圧発生溝を形成
してある場合には、十字型と呼ぶ。このため、ここで
は、この図のような場合を変形T字型と呼ぶことにす
る。
タ200は、ドーナツ状のアッパープレート10と、断
面T字型の円筒状の軸体挿入孔を成形し、前記アッパー
プレート10を嵌めるスリーブ(支持体)11と、前記
前記スリーブ11の下側を固定するフレーム12と、前
記アッパープレート10と前記スリーブ11の軸体挿入
孔と前記フレーム12とによって形成される空間に隙間
を空けて挿入する断面十字型円筒状の軸体13と、前記
軸体13の上部分に固定して取り付けるハブ14と、前
記隙間に充填されるオイル15とを主な構成要素として
組み立てた流体軸受けを備えている。また、この流体軸
受けモータ200は、上記実施の形態11と同様に、前
記スリーブ11の周縁部分に配置される鉄鋼板を重ねた
コア16と、このコア16に巻きつけられるコイル17
と、前記コア16および前記コイル17に対向する位置
であって前記ハブ14に取り付けられるマグネット18
とを備えている。
16と前記コイル17とで発生される変動磁界を前記マ
グネット18に作用させ、ハブ14を回転させて軸体1
3を回転するようになっている。
回転したときにオイル15を媒介にして圧力が生じさせ
る。このとき発生する圧力は、スラスト軸に設けられた
動圧発生溝13aによって、スラスト軸方向だけでな
く、ラジアル軸方向に対しても高い圧力で加わるように
してある。ここで、スラスト軸はラジアル軸よりも径が
大きいため、ラジアル軸方向への動圧を発生させる動圧
発生溝13aを、単にラジアル軸に設けるよりも多く形
成できる。したがって、上記実施の形態1の場合と同様
に、ラジアル軸方向へ働く動圧発生溝をスラスト軸にも
形成することによって、流体軸受けモータ200を薄く
することが可能になる。なお、動圧発生溝への流体の流
入は、軸体13自体が回転することによって、従来と同
様に行うことができる。
スラスト軸受部側に、従来ラジアル軸受部側で機能させ
ていた軸体3の振れ回りおよびモーメント(負荷の荷
重)を保持するさせるだけの動圧を発生させるのが好ま
しい。この場合、図示しないがラジアル軸側にも動圧発
生溝が形成されている。このラジアル軸側の動圧発生溝
は、ラジアル軸受部と軸体との接触を回避するだけの圧
力を発生させるだけを設ける必要がある。
軸の発生する動圧の圧力分布を説明する概念図である。
上記実施の形態1と同様に、スラスト軸方向にもラジア
ル軸方向にも高い圧力の動圧が発生される様子が分か
る。なお、スラスト軸の圧力パターンは、中心より外周
側に一番高い圧力が発生するような動圧発生溝とするの
が好ましい。なお、圧力分布も、上記実施の形態1と同
様に説明することができる。
上記実施の形態2の場合と同様に、スラスト軸受部側
に、従来ラジアル軸受部側で機能させていた軸体の振れ
回りおよびモーメント(負荷の荷重)を保持するさせる
ようにすることができるようになる。このため、従来の
場合に比べて、流体軸受けモータを薄くしても、NRR
Oや耐振動・衝撃といった特性を満足させることが可能
になる。
施の形態3の流体軸受けモータの要部を示す断面図であ
る。この図11に示す流体軸受けモータは、上記実施の
形態2の場合の流体軸受け部分の構造の変形であるた
め、相違点のみ説明する。なお、動圧発生溝の構成およ
び作用は、上記実施の形態1と同様である。
実施の形態2の場合と上下逆になるように、つまり、開
口端側に向かって狭くなるようにアッパープレート10
をスリーブ11に取り付けている。また、軸体23は、
上記実施の形態1の軸体13スラスト軸上に、円錐台形
状部分23bを形成したものである。
実施の形態2の作用・効果とともに、オイル15が開口
部側では、アッパープレート10の貫通孔の内壁と、円
錐台形状部分23bとの間が狭くなっているため、スラ
スト軸方向への圧力を増すことができるため、スラスト
軸方向への動圧を発生する動圧発生溝を少なくまたは小
さくすることが可能になる。
受けモータによれば、スラスト軸受部側に、従来ラジア
ル軸受部側で機能させていた軸体の振れ回りおよびモー
メント(負荷の荷重)を保持するさせるようにすること
ができる効果が得られる。このため、従来の場合に比べ
て、流体軸受けモータを薄くしても、NRROや耐振動
・衝撃といった特性を満足させることができるようにな
り、設計の幅を広げることができる効果が得られる。
要部を示す断面図である。
の説明図である。
説明する概念図である。
ある。
を説明する図である。
の関係を示すグラフである。
要部を示す断面図である。
の説明図である。
動圧の圧力分布を説明する概念図である。
の要部を示す断面図である。
である。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 流体を集めて半径方向に動圧を発生する
動圧発生溝を形成したラジアル軸と,流体を集めて前記
ラジアル軸と直行する軸方向に動圧を発生する動圧発生
溝を形成したスラスト軸とを有し,各動圧発生溝に流体
を流入する所定方向に回転させる軸体と、 前記ラジアル軸が所定間隔を空けて支持されるラジアル
軸受部と,前記スラスト軸が所定間隔を空けて支持され
るスラスト軸受部とを有する軸体挿入孔を穿った軸支部
材と,を備える流体軸受けモータにおいて、 前記スラスト軸および前記スラスト軸受部で発生させる
動圧が、ラジアル軸方向に対しても高い圧力で加わるよ
うにしたことを特徴とする流体軸受けモータ。 - 【請求項2】 前記スラスト軸および前記スラスト軸受
部で発生させる動圧が、軸体の振れ回りおよび負荷の荷
重を保持する圧力を半径方向にも発生させ、 かつ、 前記ラジアル軸および前記ラジアル軸受部で発生する動
圧が、ラジアル軸受部と軸体との接触を回避するだけの
圧力を前記ラジアル軸と直行する軸方向に発生させるよ
うにしたことを特徴とする請求項1に記載の流体軸受け
モータ。 - 【請求項3】 流体を集めて半径方向に動圧を発生する
動圧発生溝を形成したラジアル軸と,流体を集めて前記
ラジアル軸と直行する軸方向に動圧を発生する動圧発生
溝を形成したスラスト軸とを有し,各動圧発生溝に流体
を流入する所定方向に回転させる軸体と、 前記ラジアル軸が所定間隔を空けて支持されるラジアル
軸受部と,前記スラスト軸が所定間隔を空けて支持され
るスラスト軸受部とを有する軸体挿入孔を穿った軸支部
材と,を備える流体軸受けモータにおいて、 前記スラスト軸に動圧を発生する動圧発生溝が、前記ラ
ジアル軸に動圧を発生する動圧発生溝よりも高い圧力を
発生する流体軸受けモータ。 - 【請求項4】 前記動圧が、軸体の振れ回りおよび負荷
の荷重を保持する圧力を半径方向にも発生させ、 かつ、 前記スラスト軸に動圧を発生する動圧発生溝で発生する
動圧が、ラジアル軸受部と軸体との接触を回避するだけ
の圧力を有することを特徴とする請求項3に記載の流体
軸受けモータ。 - 【請求項5】 前記軸体が逆T字型または十字型である
請求項1乃至4いずれか1項記載の流体軸受けモータ。 - 【請求項6】 流体を集めて半径方向に動圧を発生する
動圧発生溝を形成したラジアル軸と,流体を集めて前記
ラジアル軸と直行する軸方向に動圧を発生する動圧発生
溝を形成したスラスト軸とを有し,各動圧発生溝に流体
を流入する所定方向に回転させる軸体と、 前記ラジアル軸が所定間隔を空けて支持されるラジアル
軸受部と,前記スラスト軸が所定間隔を空けて支持され
るスラスト軸受部とを有する軸体挿入孔を穿った軸支部
材と,を備える流体軸受けモータの駆動方法において、 前記スラスト軸および前記スラスト軸受部で発生させる
動圧が、ラジアル軸方向に対しても高い圧力で加わるよ
うにしたことを特徴とする流体軸受けモータの駆動方
法。 - 【請求項7】 前記スラスト軸および前記スラスト軸受
部で発生させる動圧が、軸体の振れ回りおよび負荷の荷
重を保持する圧力を半径方向にも発生させ、 かつ、 前記ラジアル軸および前記ラジアル軸受部で発生する動
圧が、ラジアル軸受部と軸体との接触を回避するだけの
圧力を前記ラジアル軸と直行する軸方向に発生させるよ
うにしたことを特徴とする請求項6に記載の流体軸受け
モータの駆動方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000365590A JP2002171719A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 流体軸受けモータ |
US09/996,828 US6575633B2 (en) | 2000-11-30 | 2001-11-29 | Hydraulic bearing motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000365590A JP2002171719A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | 流体軸受けモータ |
Publications (1)
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