JP2002327734A - 動圧型軸受ユニット - Google Patents
動圧型軸受ユニットInfo
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Abstract
の動圧型軸受ユニットを提供する。 【解決手段】 第一スラスト軸受部30に第一スラスト
軸受隙間36を、第二スラスト軸受部40に第二スラス
ト軸受隙間46をそれぞれ設ける。ラジアル軸受面23
に軸方向で非対称の動圧溝21を形成し、ラジアル軸受
隙間26の潤滑流体を第一および第二スラスト軸受隙間
36,46に押し込んで各スラスト軸受隙間36,46
で圧力を発生させる。さらに第二スラスト軸受部40に
動圧型軸受を付加する。
Description
潤滑流体の動圧により、軸部材を非接触支持する動圧型
軸受ユニットに関するものであり、特に情報機器用スピ
ンドルモータのスピンドル支持用に好適な軸受ユニット
に関する。ここでいう「情報機器用スピンドルモータ」
には、例えばCD−R/RW、DVD−ROM/RAM
などの光ディスク、MOなどの光磁気ディスク、HDD
などの磁気ディスクを駆動するスピンドルモータ、ある
いはレーザビームプリンタ(LBP)や複写機のポリゴ
ンスキャナモータなどが含まれる。
スピンドルを支持する軸受としては、従来、転がり軸受
が一般的であったが、近年では、高回転精度、低コス
ト、低騒音等の優れた特徴を備える動圧型軸受の使用が
検討され、あるいは実際に使用されている。
ては、図4に示すように、含油焼結金属からなる軸受部
材800の内周と軸部材200(スピンドル)の外周と
の間にラジアル軸受隙間260を形成すると共に、軸部
材200の軸端にフランジ部201を設けてフランジ部
201の軸方向両側にスラスト軸受隙間360,460
を形成し、軸部材200の回転時に、各軸受隙間26
0,360,460に面した動圧溝で各軸受隙間26
0,360,460にくさび形潤滑流体膜による動圧を
発生させてラジアル方向およびスラスト方向で軸部材2
00と軸受部材800を非接触に保持するものが知られ
ている。
0に面する動圧溝210は、例えば軸受部材800の内
周二箇所に設けたラジアル軸受面220,230に形成
される。従来、両ラジアル軸受面220,230には、
一方に傾斜した動圧溝210を有する溝領域m1’と、
他方に傾斜した動圧溝210を有する溝領域m2’とが
軸方向で対称に形成されている。
ラスト軸受隙間360,460に面する動圧溝310、
410は、それぞれスパイラル型やへリングボーン型に
配列して、例えばハウジング700の底部710の端面
(スラスト受け900)や軸受部材800の端面810
に設けたスラスト軸受面320,420にそれぞれ形成
されている。
型軸受では、安定した動圧作用や高回転精度を得るた
め、ラジアル軸受面やスラスト軸受面に高精度の動圧溝
深さ(例えば12±2μm)と平面度(例えば2μm以
下)とが必要とされる。
成されるラジアル軸受面220,230やスラスト軸受
面420については、軸受部材800が多孔質材で形成
されているため、プレスでも上記基準を満たすような高
精度の加工は比較的容易である。これに対し、スラスト
受け900に形成されるスラスト軸受面320は、ハウ
ジング700の底部710が銅や真ちゅう等の金属材料
(軟質金属)で形成されているため、高精度にプレスす
るには、プレススピード、プレス圧力、あるいはプレス
後の型保持時間などを厳密に管理する必要があり、これ
らの精密制御を行い得る特殊なプレス装置が新たに必要
となって設備投資が高騰する。また、このような精密加
工が要求されるため、サイクルタイムの短縮化にも限界
がある。
け900の他、これに対向するフランジ部201の端面
に形成することも可能であるが、通常、フランジ部20
1はステンレス鋼等の金属材料で形成されるため、上記
と同様の問題が生じる。
つ低コストに製造可能の動圧型軸受ユニットの提供を目
的とする。
め、本発明では、軸部材と、軸部材の外周に配置した軸
受部材と、軸部材の外周と軸受部材の内周との間にラジ
アル軸受隙間を備える動圧型のラジアル軸受部と、軸部
材をスラスト一方向で支持する第一スラスト軸受部と、
軸部材をスラスト他方向で支持する第二スラスト軸受部
とを有する動圧型軸受ユニットにおいて、第一スラスト
軸受部に第一スラスト軸受隙間を、第二スラスト軸受部
に第二スラスト軸受隙間をそれぞれ設け、かつラジアル
軸受部に、ラジアル軸受隙間の潤滑流体を第一および第
二スラスト軸受隙間に押し込み、各スラスト軸受隙間で
圧力を発生させる圧力発生機構を設けた。
よび第二スラスト軸受隙間に押し込まれた潤滑流体が両
スラスト軸受隙間で圧力を発生する結果、第一および第
二スラスト軸受部は、いわば静圧軸受と同等の機能を果
たし、軸部材をスラスト両方向で支持する。この場合、
軸部材は、ラジアル方向およびスラスト両方向で非接触
支持されるので、図4に示す従来の動圧型軸受ユニット
と同様に低騒音化、あるいは高回転精度化を達成するこ
とができる。また、スラスト軸受部の少なくとも一方で
は、動圧溝等の動圧発生部を省略することが可能とな
る。
ラジアル軸受隙間の潤滑流体を各スラスト軸受隙間に押
し込み得るものであれば足りる。その具体例としては、
例えばラジアル軸受隙間と面するラジアル軸受面に設け
られた、軸方向両側で非対称の動圧溝を有するものが考
えられる。この非対称形状の動圧溝は、ラジアル軸受面
の溝形状を変更するだけで、つまりプレス加工時の型を
変更するだけで簡単に形成できるので、低コストに押し
込み機能を得ることができる。非対称形状の動圧溝は、
従来のようにラジアル軸受面の軸方向中央部に潤滑流体
を押し込むものではなく、図3(A)に示すように、主
として軸方向一方側(スラスト軸受部側)へ潤滑流体を
押し込む形状とする。例えば軸方向の両側の溝領域m
1、m2のうち、軸方向他方側の溝領域m1で動圧溝長
さを長くすることにより、軸方向一方側への潤滑流体の
押し込み力を強化し、各スラスト軸受隙間に潤滑流体を
押し込むことが可能となる。
ンジ部2bを有するものである場合、第一スラスト軸受
隙間36の受圧面積(スラスト方向の圧力を受ける面の
面積)は第二スラスト軸受隙間46の受圧面積よりも軸
径分だけ大きくなる。このように両スラスト軸受隙間の
受圧面積が異なる場合、両スラスト軸受部で生じるスラ
スト支持力に差が生じるので、スラスト支持力をスラス
ト両方向で最適値に配分することが可能となる。
軸受隙間と軸方向両側で対向する面を何れも平滑面に形
成するのが望ましい。これにより、両面に動圧溝等の動
圧発生部を形成するための加工が不要となり、製造コス
トの低減化が可能となる。ここでの「平滑面」は、動圧
溝等の動圧発生部のない平面を意味する。
えばスラスト受けと、これに対向する軸部材の一端面と
の間に形成することができる。
時に軸部材と接触するので、接触時の摩擦低減を図るた
め、スラスト受けに軸部材の一端面と接触可能の突出部
を形成するのが望ましい。
は、軸部材のスラスト支持力が不足するため、スラスト
支持力のバランスが崩れる。従って、この場合には、第
二スラスト軸受部に動圧型軸受を付加するのが望まし
い。
静止受部材の相対運動によるくさび形潤滑膜で発生する
動圧によって荷重を支持するものをいう。動圧を発生さ
せる動圧発生部の構造は任意で、軸受面にへリングボー
ン型やスパイラル型の動圧溝を形成する他、ステップ型
や多円弧型の軸受面でも動圧発生部を確保することがで
きる。
と、これに対向する軸部材の他端面との間に形成するこ
とができる。この際、加工性を考えると、上記動圧発生
部は軸受部材の端面に形成するのが望ましい。
属で形成すれば、圧縮成形により、動圧発生部を有する
軸受面を軸受部材の内周や端面に精度よくかつ低コスト
に形成することができる。特に含油焼結金属を使用した
場合、軸受部材の表面から滲み出した潤滑流体が軸受隙
間に次々と補充されるので、各軸受隙間での油膜剛性を
高めることができるという独自の効果も得られる。
る情報機器用スピンドルモータは、良好な回転精度を有
するため、上記情報機器における情報の記録・再生精度
や印字精度を高めることができ、しかも低コストに組み
立て可能となる。
図3に基づいて説明する。
ト1を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一例を
示している。このスピンドルモータは、HDD等のディ
スクドライブとして使用されるもので、軸部材2を回転
自在に非接触支持する動圧型軸受ユニット1と、ギャッ
プを介して対向させたモータステータ4およびモータロ
ータ5とを備えている。軸部材2の軸端には、一または
複数の磁気ディスクDを支持するディスクハブ3が装着
されており、このディスクハブ3の内周にロータ5が取
り付けられている。ステータ4は、内周に動圧型軸受ユ
ニット1を固定したケーシング6の外周に取り付けられ
ている。ステータ4に通電すると、ステータ4とロータ
5との間の励磁力でロータ5が回転し、それによってデ
ィスクハブ3および軸部材2が一体となって回転する。
図である。この動圧型軸受ユニット1は、軸部材2と、
円筒状の内周面を有するハウジング7と、ハウジング7
の内周面に固定された円筒状の軸受部材8とを主要な構
成要素とする。
420J2)等の金属材で形成され、軸部2aと軸部2
aに一体または別体に設けられたフランジ部2bとを備
えている。本実施形態では、フランジ部2bを軸部2a
の軸端に設けた場合を例示している。
金属材で形成される。このハウジング7は一端を開口す
ると共に、他端を閉じた有底筒状のもので、開口部を上
にしてケーシング6の内周に固定される[以下の説明で
は、ハウジングの開口側(図面上方)を「開口側」と称
し、その軸方向反対側(図面下方)を「反開口側」と称
する]。ハウジング7の反開口側は底部7aによって封
口される。ハウジング底部7aは、ハウジング7の円筒
部分7bと一体成形する他、図4と同様に別部材で形成
することもできる。
(具体的にはフランジ部2bの端面2b1)と対向する
スラスト受けとして機能する。スラスト受け9には、環
状に形成し若しくは円周方向の複数箇所に突設した突出
部10が設けられる。
は焼結金属に潤滑油あるいは潤滑グリースを含浸させて
空孔内に油を保有させた含油焼結金属で形成される。焼
結金属としては、例えば銅系、あるいは鉄系、またはそ
の双方を主成分とするものが使用でき、望ましくは銅を
20〜95%使用して形成される。軸受部材8の開口側
端面には、シールワッシャ等のシール部材11が配置さ
れており、このシール部材11によって軸受部材8の内
周と軸部2aの外周との間の隙間がシールされる。
1を有する二種類のラジアル軸受面22,23が形成さ
れる。ラジアル軸受面22,23の動圧溝形状は、各動
圧溝21が軸方向に対して傾斜している限り任意に選択
することができ、例えば図示のようなへリングボーン型
の他、スパイラル型等も使用することができる。図3
(A)に示すようにラジアル軸受面22,23は、一方
に傾斜する動圧溝21が円周方向に配列された第一の溝
領域m1と、第一の溝領域m1から軸方向に離隔し、他
方に傾斜する動圧溝21が円周方向に配列された第二の
溝領域m2と、二つの溝領域m1、m2間に位置する環
状の平滑部nとを備える。二つの溝領域m1、m2の動
圧溝21は平滑部nで区画されて非連続になっており、
平滑部nと動圧溝21間の背の部分24とは同一レベル
にある。
の軸受面22(第一ラジアル軸受面)は、平滑部nの軸
方向中心を通る円周方向の中心線に対して軸方向両側で
対称に形成され、従って、二つの溝領域m1、m2の軸
方向幅は等しくなっている。一方、反開口側の軸受面2
3(第二ラジアル軸受面)は、上記中心線に対して軸方
向両側が非対称に形成される。二つの溝領域m1、m2
のうち、開口側の溝領域m1の軸方向幅、すなわち動圧
溝21の長さは、他方の領域m2のそれよりも長くなっ
ている。この非対称形状の動圧溝21は、後述するよう
に潤滑流体としての油をハウジング底部7a側に押し込
む圧力発生機構25としても機能する。
(B)に示すようにスラスト軸受面42が形成される。
スラスト軸受面42は、動圧を発生させるための動圧発
生部を有するもので、図面では、動圧発生部として動圧
溝41をヘリングボーン型に配列した場合を例示してい
る。この他、動圧溝をスパイラル型に配列してもよく、
あるいはステップ型等の形状の軸受面を使用することも
できる。
縮成形、すなわち図示しないコアロッドの外周面に軸受
面22,23の動圧溝形状に対応した成形型を形成し、
コアロッドの外周に軸受部材8の素材である焼結金属を
供給して焼結金属を圧迫し、焼結金属の内周部に成形型
の形状に対応した動圧溝を転写することによって、低コ
ストにかつ高精度に成形することができる。なお、焼結
金属の脱型は、圧迫力を解除することによる素材のスプ
リングバックを利用して簡単に行える。脱型後の軸受部
材8に潤滑剤、例えば潤滑油や潤滑グリースを含浸させ
ることにより、含油焼結金属が得られる。
形、すなわち、焼結金属の一方の端面にスラスト軸受面
42の動圧溝形状に対応した成形型を押し当て、焼結金
属の端面に成形型の形状に対応した動圧溝を転写するこ
とによって成形することができる。この際、型内でラジ
アル軸受面22,23に対応した成形型とスラスト軸受
面42に対応した成形型とを同時に焼結金属に押し当て
ることにより、ラジアル軸受面22,23とスラスト軸
受面42とを同時に成形することができる。ラジアル軸
受面22,23とスラスト軸受面42を別工程で成形す
る場合は、後工程において先に成形した軸受面の精度低
下を生じる懸念があるが、型内での同時成形であればそ
のような問題も生じない。以上の工程から、ラジアル軸
受面22,23やスラスト軸受面42を要求精度(動圧
溝深さ12±2μm、平面度2μm以下)に仕上げるこ
とが可能となる。
フランジ部2bは軸受部材8の反開口側の端面8bとス
ラスト受け9との間の空間部に収容される。これによ
り、軸受ユニット1には、軸部2aの外周面と軸受部
材8の内周面との間にラジアル軸受隙間26を有するラ
ジアル軸受部20、フランジ部2bの反開口側端面2
b1とスラスト受け9との間に第一スラスト軸受隙間3
6を有する第一スラスト軸受部30、および、フラン
ジ部2bの開口側端面2b2と軸受部材8の反開口側端
面8bとの間に第二スラスト軸受隙間46を有する第二
スラスト軸受部40、がそれぞれ形成される。
隙間46は連通状態にあり、第二スラスト軸受隙間46
はフランジ部2b外周の環状隙間12を介して第一スラ
スト軸受隙間36と連通状態にある。このように互いに
連通状態にあるラジアル軸受隙間26および両スラスト
軸受隙間36,46は潤滑流体となる油で満たされてい
る。
施形態では軸部材2の回転時)には、二つのラジアル軸
受面22,23の動圧溝21によってラジアル軸受隙間
26にくさび形潤滑油膜が形成され、その動圧によって
軸部材2が軸受部材8に対してラジアル方向で非接触に
保持される。この際、第二ラジアル軸受面23では、く
さび形潤滑油膜の形成領域が第二ラジアル軸受面23の
軸方向中心よりも反開口側よりに移行するため、油の一
部は、ラジアル軸受隙間26と連通状態にある第二スラ
スト軸受隙間46、さらにはこれと連通状態にある第一
スラスト軸受隙間36に押し込まれ、両軸受隙間46,
36で圧力を生じる。そして、各スラスト軸受隙間3
6,46に押し込まれた油の圧力により、軸部材2がス
ラスト両方向から支持力を受ける。
軸受隙間36では、フランジ部2bの端面2b1全面が
スラスト方向の受圧面となるのに対し、第二スラスト軸
受隙間46では、軸部2aの断面積分だけ受圧面積(ス
ラスト方向)となるフランジ部端面2b2の面積が小さ
い。従って、この場合には第二スラスト軸受部40で生
じるスラスト支持力が第一スラスト軸受部30のスラス
ト支持力に対して不足する。
は、動圧溝41の作用で第二スラスト軸受隙間46にく
さび形潤滑油膜が形成され、その動圧によってスラスト
支持力の不足分が補われる。そのため、スラスト両方向
のスラスト支持力がバランスされ、軸部材2を軸受部材
8およびスラスト受け9に対してスラスト両方向で非接
触に保持することができる。このように本実施形態で
は、第一スラスト軸受部30でラジアル軸受隙間26か
ら押し込まれた油の圧力のみにより軸部材2を支持する
一方、第二スラスト軸受部40で同様の油の圧力と動圧
とによって軸部材2を支持しており、第二スラスト軸受
部40はハイブリッド型ともいうべき機能を備えてい
る。
と、ここでの動圧効果が減じられるため、軸部材2が開
口側に上昇する。一方、軸部材2が上昇すると、第二ス
ラスト軸受隙間46での動圧効果が高まり、軸部材2を
反開口側に押し下げる力が強くなる。このように本発明
の動圧型軸受ユニット1は、スラスト両方向の支持力を
自動的にバランスさせる自己制御性を有するので、軸部
材2の軸方向位置を安定化して、軸部材2と静止側部材
(軸受部材8およびスラスト受け9)を確実に非接触状
態に保持することができる。
間26から押し込まれた油の圧力で支持力を得る構造で
あるため、第一スラスト軸受隙間36と軸方向両側で対
向する面(フランジ部2bの反開口側端面2b1および
スラスト受け9)は、動圧溝をはじめとする動圧発生部
のない平滑面とすることができる。従って、これらの面
への動圧溝の成形工程を省略することができ、図4に示
す従来品に比べて製造コストを削減することが可能とな
る。
スラスト軸受隙間46と対向する面に動圧溝付きのスラ
スト軸受面42が形成されるが、このスラスト軸受面4
2は軸受部材8の端面8bに設けられるため、焼結金属
の圧縮成形により容易に高精度の動圧溝加工が可能であ
り、これに伴って、製造コストが大幅に高騰することも
ない。
持力が減少または消滅するので、軸部材2が落ち込んで
スラスト受け9と摺接するが、この摺接は、スラスト受
け9に形成された突出部10との間で行われるため、摺
接に伴うスラスト受け9やフランジ部2bの摩耗を抑制
することができ、軸受ユニットの寿命向上を図ることが
できる。
2,23を軸受部材8の内周に形成した場合を例示して
いるが、これを軸部材2の外周面に形成した場合にも上
記と同様の効果が得られる。また、非対称形状の動圧溝
21は、第二ラジアル軸受面23のみならず、第一ラジ
アル軸受面22に形成することもできる。
ト軸受部で動圧溝の形成工程を省略できるので、製造コ
ストを大幅に抑制することができる。この場合でも軸部
材はラジアル方向およびスラスト両方向で確実に非接触
支持されるので、高い回転精度を確保することができ、
低騒音、低トルクといった利点も備える。
情報機器用スピンドルモータの断面図である。
受部材端面の平面図である。
軸受面の平面図、同図(B)はスラスト受けに形成した
スラスト軸受面の平面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 軸部材と、軸部材の外周に配置した軸受
部材と、軸部材の端面と対向するスラスト受けと、軸部
材の外周と軸受部材の内周との間にラジアル軸受隙間を
備える動圧型のラジアル軸受部と、軸部材をスラスト一
方向で支持する第一スラスト軸受部と、軸部材をスラス
ト他方向で支持する第二スラスト軸受部とを有する動圧
型軸受ユニットにおいて、 第一スラスト軸受部に第一スラスト軸受隙間を、第二ス
ラスト軸受部に第二スラスト軸受隙間をそれぞれ設け、
かつラジアル軸受部に、ラジアル軸受隙間の潤滑流体を
第一および第二スラスト軸受隙間に押し込み、各スラス
ト軸受隙間で圧力を発生させる圧力発生機構を設けたこ
とを特徴とする動圧型軸受ユニット。 - 【請求項2】 圧力発生機構が、ラジアル軸受隙間と面
するラジアル軸受面に設けられた、軸方向両側で非対称
の動圧溝を有する請求項1記載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項3】 第一スラスト軸受隙間の受圧面積を、第
二スラスト軸受隙間のそれよりも大きくした請求項1ま
たは2記載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項4】 第一スラスト軸受隙間と軸方向両側で対
向する面を何れも平滑面とした請求項3記載の動圧型軸
受ユニット。 - 【請求項5】 第一スラスト軸受隙間を、スラスト受け
と、これに対向する軸部材の一端面との間に形成した請
求項1〜4何れか記載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項6】 スラスト受けに、軸部材の一端面と接触
可能の突出部を形成した請求項5記載の動圧型軸受ユニ
ット。 - 【請求項7】 第二スラスト軸受部に動圧型軸受を付加
した請求項3〜6何れか記載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項8】 第二スラスト軸受隙間を、軸受部材の端
面と、これに対向する軸部材の他端面との間に形成した
請求項1〜7何れか記載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項9】 軸受部材の端面に、第二スラスト軸受隙
間に動圧を発生させる動圧発生部を形成した請求項8記
載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項10】 軸受部材を、含油焼結金属で形成した
請求項1〜9何れか記載の動圧型軸受ユニット。 - 【請求項11】 請求項1〜10の何れかに記載した動
圧型軸受ユニットを備える情報機器用スピンドルモー
タ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001132780A JP4233771B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 動圧型軸受ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2001132780A JP4233771B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 動圧型軸受ユニット |
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Publication Number | Publication Date |
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JP4233771B2 JP4233771B2 (ja) | 2009-03-04 |
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Family Applications (1)
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JP2001132780A Expired - Lifetime JP4233771B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 動圧型軸受ユニット |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019157918A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | Ntn株式会社 | 焼結金属製動圧軸受 |
-
2001
- 2001-04-27 JP JP2001132780A patent/JP4233771B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019157918A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | Ntn株式会社 | 焼結金属製動圧軸受 |
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