JP2002349548A - 動圧流体軸受装置 - Google Patents
動圧流体軸受装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
- F16C33/10—Construction relative to lubrication
- F16C33/1025—Construction relative to lubrication with liquid, e.g. oil, as lubricant
- F16C33/106—Details of distribution or circulation inside the bearings, e.g. details of the bearing surfaces to affect flow or pressure of the liquid
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16C2370/00—Apparatus relating to physics, e.g. instruments
- F16C2370/12—Hard disk drives or the like
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転時にお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。 【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。
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
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動圧流体軸受装置
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】近年、ハードディスク装置では、記録容
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。
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。
【０００３】図５は、動圧流体軸受装置を用いた従来の
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。
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。
【０００４】図５（ｂ）に示すように、スリーブ５の内
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。
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。
【０００５】シャフト２の外周部に設けられた壁１ａに
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。
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。
【０００６】そして、コイル１０に通電が行われると、
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。
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
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。
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。
【０００８】そこで、一般的には、特開平８−３３５３
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。
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。
【０００９】しかし、このような構成では、現在のハー
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。
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。
【００１０】上記のように軸受長さＬ１，Ｌ２が異なる
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。
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。
【００１１】本発明は前記問題点を解決し、回転時にお
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。
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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の動圧流体軸受装
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。
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。
【００１３】この本発明によると、回転時におけるシャ
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。
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の動圧流体
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。
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。
【００１５】この構成によると、軸の中心線とスリーブ
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。
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。
【００１６】この構成によると、すべてのラジアル軸受
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。
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。
【００１７】この構成によると、偏心角に対する寄与率
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。
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。
【００１８】本発明の請求項４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。
【００１９】この構成によると、偏心角に対して寄与率
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。
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。
【００２０】本発明の請求項５記載の動圧流体軸受装置
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。
【００２１】本発明の請求項６記載の動圧流体軸受装置
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。
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。
【００２２】以下、図１から図４を用いて本発明の実施
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。
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。
【００２３】図５に示す動圧流体軸受装置では、ラジア
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。
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。
【００２４】ラジアル軸受部１４ａ，１４ｂの偏心角と
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。
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。
【００２５】このように軸受長さの異なる複数のラジア
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。
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。
【００２６】以下、具体例を挙げて説明する。図５と同
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。
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。
【００２７】このように設計された動圧流体軸受装置に
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。
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。
【００２８】この実施の形態では、ラジアル軸受部１４
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。
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。
【００２９】まず、溝角度θ１，θ２をそれぞれ変化さ
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。
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。
【００３０】次に、溝深さｄ１，ｄ２のみをそれぞれ変
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。
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。
【００３１】また、溝幅比［ａ／（ａ+ｂ）］のみをそ
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。
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。
【００３２】よって、軸受長さの長い方のラジアル軸受
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。
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。
【００３３】このように、偏心角は予備実験または数値
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。
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。
【００３４】なお、上記説明では、スリーブ５の内周面
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。
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。
【００３５】また、上記説明では、ラジアル軸受部を２
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。
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。
【００３６】また、上記説明では、作動流体として非圧
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。
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。
【００３７】また、ラジアル軸受部の個数、動圧発生溝
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。
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。
【００３８】
【発明の効果】以上のように本発明の動圧流体軸受装置
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。
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。
【図１】本発明の実施の形態における動圧流体軸受装置
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
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
【図２】同実施の形態におけるラジアル軸受部の溝角度
と偏心角の関係を示す図
と偏心角の関係を示す図
【図３】同実施の形態におけるラジアル軸受部の溝深さ
と偏心角の関係を示す図
と偏心角の関係を示す図
【図４】同実施の形態におけるラジアル軸受部の溝幅比
と偏心角の関係を示す図
と偏心角の関係を示す図
【図５】従来の動圧流体軸受装置を用いたハードディス
ク装置用スピンドルモータの断面図
ク装置用スピンドルモータの断面図
２ シャフト ５ スリーブ １４ａ，１４ｂ ラジアル軸受部 １５ａ，１５ｂ 動圧発生溝 ａ１，ａ２ 溝幅 ｂ１，ｂ２ リッジ幅 ｄ１，ｄ２ 溝深さ Ｇ 重心位置 Ｌ１，Ｌ２ 軸受長さ θ１，θ２ 溝角度
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年５月９日（２００２．５．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
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。
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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】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、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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】本発明の請求項３記載の動圧流体軸受装置
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、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。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】本発明の請求項４記載の動圧流体軸受装置
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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】本発明の請求項５記載の動圧流体軸受装置
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。
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。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図１から図４を用いて本発
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。
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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】
【発明の効果】以上のように本発明の動圧流体軸受装置
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。
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。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2001161520A JP3727253B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 動圧流体軸受装置 |
| PCT/JP2002/005028 WO2002099295A1 (fr) | 2001-05-30 | 2002-05-23 | Dispositif a paliers fluides en pression dynamique |
| US10/343,183 US6877902B2 (en) | 2001-05-30 | 2002-05-23 | Hydrodynamic bearing device |
| CN02801874.5A CN1246600C (zh) | 2001-05-30 | 2002-05-23 | 动压流体轴承装置 |
| TW091111039A TW521127B (en) | 2001-05-30 | 2002-05-24 | Moving-pressing fluid bearing-device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001161520A JP3727253B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 動圧流体軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002349548A true JP2002349548A (ja) | 2002-12-04 |
| JP3727253B2 JP3727253B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=19004782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001161520A Expired - Lifetime JP3727253B2 (ja) | 2001-05-30 | 2001-05-30 | 動圧流体軸受装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6877902B2 (ja) |
| JP (1) | JP3727253B2 (ja) |
| CN (1) | CN1246600C (ja) |
| TW (1) | TW521127B (ja) |
| WO (1) | WO2002099295A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2022064985A1 (ja) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | Ntn株式会社 | 動圧軸受、流体動圧軸受装置、及びモータ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006022930A (ja) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 動圧流体軸受装置 |
| JP2006207753A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Nidec Sankyo Corp | 軸受装置及びスピンドルモータ |
| JP2006283971A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-10-19 | Nippon Densan Corp | 流体動圧軸受およびこの流体動圧軸受を備えたスピンドルモータ |
| JP2007074839A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Fujitsu Ltd | 動圧軸受を有するモータ及びそれを有するディスク装置 |
| JP2007333115A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 動圧流体軸受装置およびこれを備えたモータ、記録再生装置 |
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