JP2005180467A - Dynamic pressure fluid bearing motor with variable opening - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,動圧流体軸受モータに拘わり,特に高速回転,薄型の磁気ディスク装置(HDD)に適した動圧流体軸受モータに拘わる。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing motor, and more particularly to a hydrodynamic bearing motor suitable for a high-speed rotation and thin magnetic disk drive (HDD).
従来のHDD用動圧流体軸受は回転部の姿勢維持と共に軸方向位置を厳密に規制する必要から回転部の姿勢はラジアルベアリングで,軸方向位置はスラストベアリングで分担する構成であり,ラジアルベアリングの他に軸より大径のスラストベアリング部を有していた。 Since conventional hydrodynamic bearings for HDDs need to strictly control the axial position while maintaining the attitude of the rotating part, the rotating part is configured with a radial bearing, and the axial position is shared with a thrust bearing. In addition, it had a thrust bearing part larger in diameter than the shaft.
HDDの小型化傾向と共に動圧流体軸受モータも小型,薄型化に向かう環境下でラジアルベアリングスパンを確保する為に本発明者が先に発明したスラストベアリングをハブ裏面に形成するシングルスラスト構造が徐々に支配的になってきた。これは潤滑流体が流動摩擦する面積を減らして軸損低減,更には組み立て性改善等にも寄与している。 With the trend toward miniaturization of HDDs, hydrodynamic bearing motors are also becoming smaller and thinner. In order to ensure radial bearing span, the present inventors have gradually developed a single thrust structure in which the thrust bearing previously invented is formed on the rear surface of the hub. Has become dominant. This contributes to reducing the axial loss by reducing the area where the lubricating fluid flows and friction, and further improving the assembly.
しかしながら,未だ残っている軸径より大きなスラストベアリング或はスラストプレートの存在は回転部の軸方向位置を規制する目的だけのために潤滑流体が高速で流動する領域を有し,遠心力による潤滑流体漏れの脅威を常に残すと共に軸損低減に難点を残すものであった。 However, the presence of a thrust bearing or thrust plate larger than the remaining shaft diameter has a region where the lubricating fluid flows at high speed only for the purpose of regulating the axial position of the rotating part. It always left a threat of leakage and a difficulty in reducing axial loss.
スラストベアリング或はスラストプレートを持たずに軸とスリーブのみで回転部を精密に支持する動圧流体軸受を実現すれば上記諸問題を改善できるが,そのような構成は今日の軸受構成が支配的となる以前に種々開発が試みられていた。それらは,軸端中心で常に接触摺動する構成,軸端に小さなスパイラルグルーブを有して浮上させる構成,磁気反発力或は磁気吸引力で回転部を浮上支持させる構成,ラジアルベアリングの潤滑流体圧送(ポンピング)により軸方向の負荷容量を得る構成等である。 The above problems can be improved by realizing a hydrodynamic bearing that precisely supports the rotating part with only a shaft and a sleeve without a thrust bearing or thrust plate, but such a configuration is dominated by today's bearing configuration. Various developments were attempted before becoming. They consist of a structure that always slides in contact with the center of the shaft end, a structure that floats with a small spiral groove at the shaft end, a structure that floats and supports the rotating part by magnetic repulsion or magnetic attraction, and lubricating fluid for radial bearings. For example, the load capacity in the axial direction is obtained by pumping.
軸端を摺動回転させる第一の構成は,回転部重量が小さくなった今日ではかなり現実的にはなったが,それでも衝撃に対して軸方向のダンピングが利きにくい点及び衝撃が加わったことによる圧痕の影響等を考慮するとHDDへの採用には適さない。 The first configuration that slides and rotates the shaft end has become quite realistic today when the weight of the rotating part has decreased, but it still has a point in which axial damping is difficult to work against and impact has been added. Considering the influence of the indentation due to, it is not suitable for use in HDD.
軸端に小さなスパイラルグルーブを有する第二の構成は,例えば特公昭46−8046に提案されているが,小さな軸径の場合に低速回転で十分な負荷容量を得られないので浮上量が小さく,回転起動及び停止時の摺動距離が大となる弱点を有する。 The second configuration having a small spiral groove at the shaft end is proposed in, for example, Japanese Examined Patent Publication No. 46-8046. However, in the case of a small shaft diameter, a sufficient load capacity cannot be obtained at low speed rotation, so the flying height is small. It has a weak point that the sliding distance at the start and stop of rotation becomes large.
磁気的な反発力或は吸引力を利用して回転部を支持する第三の構成は軸方向の位置精度が得られず,部品数増加等の課題があって小型のHDD応用には現実的で無い。 The third configuration that supports the rotating part using the magnetic repulsive force or attractive force cannot achieve the positional accuracy in the axial direction, and has problems such as an increase in the number of parts, which is practical for small HDD applications. Not.
ラジアルベアリングの潤滑流体圧送能力を利用する第四の構成は有底スリーブの底部と軸端とで構成する間隙に潤滑流体を圧送して軸方向の負荷容量を得る。ラジアルベアリングの潤滑流体圧送は効率が良くしかも強力であるので回転体を支持するに十分ではあるが,浮上量の精密制御に難点がある。現実的な提案は2種有り,一つはスリーブ周壁に循環路の開口を有して浮上移動する軸端位置と併せて可変開口を形成させて浮上量制御をする構成,及び軸端とスリーブ間でオリフィスを構成して浮上量制御をする構成である。 In a fourth configuration using the lubricating fluid pumping capability of the radial bearing, the lubricating fluid is pumped into a gap formed by the bottom of the bottomed sleeve and the shaft end to obtain an axial load capacity. The lubrication fluid pumping of radial bearings is efficient and powerful enough to support the rotating body, but there are difficulties in precise control of flying height. There are two types of realistic proposals. One is a structure that controls the flying height by forming a variable opening along with the position of the shaft end that has a circulation path opening on the sleeve peripheral wall, and the shaft end and sleeve It is the structure which controls the flying height by forming an orifice between them.
第四の構成の前者は特公昭48−4498に提案され,軸とスリーブ周壁に設けた循環路開口とで形成しているが,特開昭58−24615で指摘されるように循環路開口位置の精度を確保することが困難であり,HDD用軸受として数ミクロンメートルレベルでの浮上量の均一性を得ることは難しい。 The former of the fourth configuration is proposed in Japanese Patent Publication No. 48-4498, and is formed by a shaft and a circulation path opening provided in the peripheral wall of the sleeve. It is difficult to ensure the accuracy of the above, and it is difficult to obtain a uniform flying height on the order of several micrometers as a HDD bearing.
第四の構成の後者の構成は特開昭58−24615,特開昭58−24616,特開昭58−54223等の提案があって浮上量精度を改善しようとするが,軸とスリーブの径方向間隙より大の浮上量制御は困難である。現在のHDD用動圧流体軸受モータでは径方向間隙は2ミクロンメートル程度であり,軸方向の浮上量は5ミクロンメートル程度として衝撃,振動へのマージンを確保したいので製品への適用は難しい。 The latter configuration of the fourth configuration is proposed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 58-24615, 58-24616, 58-54223, etc. to improve the flying height accuracy. It is difficult to control the flying height larger than the directional gap. In the current hydrodynamic bearing motor for HDD, the radial clearance is about 2 microns, and the flying height in the axial direction is about 5 microns, so it is difficult to apply to products because it wants to secure a margin for shock and vibration.
以上の理由から従来提案されていた上記の方式は何れも現在のHDDには採用し難い。しかしながら,ラジアルベアリングは径方向の間隙が狭いので効率が良くまた強力であるので第四の構成を改善する事により回転部浮上量の高精度制御実現の可能性がある。 For the reasons described above, any of the above-described methods proposed heretofore is difficult to adopt in current HDDs. However, since the radial bearing has a narrow radial gap, it is efficient and powerful, so there is a possibility of realizing high-precision control of the flying height of the rotating part by improving the fourth configuration.
そこで本発明の目的は,軸径より大のスラストベアリングを持たずに回転部の浮上量を精密に制御して高速回転,薄型化,低軸損化,低コスト化等を可能とする動圧流体軸受モータを実現し,薄型で低消費電力の磁気ディスク装置を実現することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a dynamic pressure that enables high-speed rotation, thinning, low shaft loss, low cost, etc. by precisely controlling the flying height of the rotating part without having a thrust bearing larger than the shaft diameter. It is to realize a fluid dynamic bearing motor and to realize a thin and low power consumption magnetic disk device.
本発明による動圧流体軸受モータの基本概念は,相対的に回転自在に嵌合する円筒状の軸及び有底スリーブと,軸及びスリーブ間間隙の潤滑流体と,回転部及び固定部間に磁気吸引力を発生させる磁気的手段とを有して構成される動圧流体軸受モータに於いて,軸表面或いはスリーブ内周面にスリーブ底部方向に圧送能力を有する不平衡ヘリングボーングルーブを有すると共に軸端近傍と不平衡ヘリングボーングルーブの軸端より遠い側とを結ぶ循環路を軸内或いはスリーブ内に有し,軸とスリーブ間の間隙で構成する流路断面積より小の流路断面積のオリフィスによる第一の軸方向負荷容量発生手段を循環路内に有すると共に軸端部近傍に浮上量依存の第二の軸方向負荷容量発生手段を有し,不平衡ヘリングボーングルーブは回転部姿勢を保持する為のラジアルベアリング動圧を発生させると共にスリーブ底面側に潤滑流体を圧送し,第一及び第二の軸方向負荷容量と磁気吸引力及び回転部重量とを平衡させて回転部を所定の浮上量に制御する事を特徴とする。 The basic concept of the hydrodynamic bearing motor according to the present invention consists of a cylindrical shaft and a bottomed sleeve that are relatively rotatably fitted, a lubricating fluid in the gap between the shaft and the sleeve, and a magnetic field between the rotating portion and the fixed portion. In a hydrodynamic bearing motor configured with magnetic means for generating an attractive force, the shaft surface or the inner peripheral surface of the sleeve has an unbalanced herringbone groove having a pumping ability in the sleeve bottom direction and the shaft There is a circulation path in the shaft or in the sleeve that connects the vicinity of the end and the side far from the shaft end of the unbalanced herringbone groove. The first axial load capacity generating means by the orifice is provided in the circulation path, and the second axial load capacity generating means depending on the flying height is provided in the vicinity of the shaft end, and the unbalanced herringbone groove has the rotating portion attitude. A radial bearing dynamic pressure is generated for holding, and a lubricating fluid is pumped to the bottom surface side of the sleeve to balance the first and second axial load capacities with the magnetic attraction force and the weight of the rotating part, thereby to It is characterized by controlling the flying height.
有底スリーブを円筒スリーブと端面に固定するカウンタープレートとで構成し,循環路の一部をスリーブ端面及びカウンタープレート間に形成した凹部チャネルで構成する。凹部チャネルの断面である循環路開口と軸端外周部とにより回転部の浮上量に応じて変化する可変開口を構成し,第一及び第二の軸方向負荷容量発生手段を兼ねて浮上量の精密制御を実施する。スリーブ端面或いはカウンタープレート面の凹部チャネルは諸種の微細加工技術を利用して形成できるので開口断面及び位置は高精度であり従来構造で浮上量の精密制御が出来ないとの欠陥を克服できる。 The bottomed sleeve is constituted by a cylindrical sleeve and a counter plate fixed to the end face, and a part of the circulation path is constituted by a recessed channel formed between the sleeve end face and the counter plate. A variable opening that changes in accordance with the flying height of the rotating part is configured by the circulation path opening that is a cross section of the recessed channel and the outer peripheral part of the shaft end, and serves as the first and second axial load capacity generating means. Implement precise control. Since the recessed channel on the sleeve end face or counter plate surface can be formed by using various micromachining techniques, the opening cross section and position are highly accurate, and the defect that the flying height cannot be precisely controlled with the conventional structure can be overcome.
さらに軸端或いはスリーブ底部にポンプインのスパイラルグルーブを構成し,実質的な可変開口と併せて浮上量制御を行う事で軸方向の支持剛性を高め精密な浮上量制御を可能にする。その場合に可変開口のみによる最大の軸方向負荷容量を磁気吸引力及び回転部重量の和にほぼ等しくなるようにパラメーターを設定すれば,低速回転或いは小軸径等の理由でスパイラルグルーブによる負荷容量が小さい場合でも回転部の浮上を確実に出来る。 Furthermore, a pump-in spiral groove is formed at the shaft end or sleeve bottom, and the flying height is controlled in combination with a substantially variable opening to increase the axial support rigidity and enable precise flying height control. In that case, if the parameter is set so that the maximum axial load capacity due to only the variable aperture is approximately equal to the sum of the magnetic attractive force and the weight of the rotating part, the load capacity due to the spiral groove due to low speed rotation or small shaft diameter, etc. Rotation of the rotating part can be ensured even when is small.
スリーブ内の循環路に接続されて潤滑流体が空気との界面を形成するよう徐々に間隙を大としてスリーブ端面で大気に通じさせた潤滑流体へのアクセス孔を設けると,スリーブ端面のアクセス孔により潤滑流体の界面レベル監視,潤滑流体注入等を容易にする事が出来る。さらに潤滑流体内に気泡が混入している場合には循環路内を潤滑流体と気泡とが循環する過程で確率的に気泡が前記アクセス孔内の大気との界面から解放され,時間と共に潤滑流体内の気泡を除去出来る。 When the access hole for the lubricating fluid that is connected to the circulation path in the sleeve and communicated with the atmosphere at the sleeve end face is gradually increased so that the lubricating fluid forms an interface with the air, the access hole on the sleeve end face This makes it easy to monitor the interface level of the lubricating fluid and inject the lubricating fluid. Further, when bubbles are mixed in the lubricating fluid, the bubbles are stochastically released from the interface with the atmosphere in the access hole in the process of circulating the lubricating fluid and bubbles in the circulation path, and the lubricating fluid is The bubbles inside can be removed.
ラジアルベアリングを不平衡のヘリングボーングルーブとして潤滑流体を軸端部に圧送して回転部支持の負荷容量の大部分を発生させる。径方向の間隙は小さく,また管理しやすいのでエネルギー効率は良く,強力でもあって小さな軸径程度のスパイラルグルーブと協働して精密な浮上量制御を可能とする。 A radial bearing is used as an unbalanced herringbone groove, and a lubricating fluid is pumped to the shaft end portion to generate most of the load capacity of the rotating portion support. The gap in the radial direction is small and easy to manage, so it is energy efficient, powerful, and capable of precise flying height control in cooperation with a spiral groove with a small shaft diameter.
本発明では精密加工が容易なスリーブ端部或いはカウンタープレートに循環路開口を設けて軸端移動と併せて実質的な可変開口を構成した。 In the present invention, a circulation path opening is provided in the sleeve end portion or the counter plate, which is easy to perform precision processing, and a substantial variable opening is formed together with the movement of the shaft end.
またスリーブ内の循環路に連続して大気との界面を有するアクセス孔を持つ構造は大気圧下でのオイル注入及びレベル管理が容易で軸受け部の組み立て工程をシンプルにしてさらなる低コスト化を可能にする。 In addition, the structure with an access hole that has an interface with the atmosphere continuously in the circulation path in the sleeve makes it easy to inject oil and control the level under atmospheric pressure, simplifying the assembly process of the bearing and further reducing the cost. To.
上記動圧流体軸受モータを用いる事により薄型化及び軸触れ小による高トラック密度記録化及び低軸損による低消費電力化の特徴を有する磁気ディスク装置が実現出来る。 By using the above-mentioned hydrodynamic bearing motor, it is possible to realize a magnetic disk device having the characteristics of thinning, high track density recording by small shaft touch, and low power consumption by low axial loss.
以下に本発明による動圧流体軸受モータについて,その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明するが,本発明の実施例を説明する前に本発明の新規性を容易に理解できるように従来構造例を図10,11に示して説明する。 The hydrodynamic bearing motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings, with respect to embodiments, principles, and actions. However, before describing the embodiments of the present invention, the novelty of the present invention can be easily understood. An example of a conventional structure will be described with reference to FIGS.
図10は特公昭48−4498に提案された構造で,ラジアルベアリングで潤滑流体を圧送(ポンピング)して回転部を軸方向に浮上させて位置制御する。同図に於いて,円筒軸101はスリーブ102と微小間隙を有して対向し,その先端部104は円錐状として静止時にはスリーブ102の底面に接している。円筒軸101の表面には回転時にスリーブ102底面方向に潤滑流体を圧送するスパイラルグルーブ103を配置し,スリーブ102の内周面には開口107を有する循環路106を構成する。開口107には円筒軸101が微小間隙で対向して実質的な可変開口を形成している。
FIG. 10 shows a structure proposed in Japanese Patent Publication No. 48-4498, in which a lubricating fluid is pumped by a radial bearing to lift the rotating portion in the axial direction to control the position. In this figure, a
円筒軸101が回転すると,スパイラルグルーブ103は潤滑流体をスリーブ102底面方向に圧送して圧力室105における潤滑流体の圧力を高めるので円筒軸101は押し上げられ,開口107の潤滑流体流入面積は大となって循環路106に流入する潤滑流体は増え,圧力室105の潤滑流体圧力は下がるので円筒軸101を含む回転部の重量を支える位置で浮上量は安定する。
When the
一般にラジアルベアリングは径方向の間隙管理が容易で効率的かつ強力であるのでかなり大きな回転部重量でも対応できる。しかしながら,図10の従来例では開口107に対向する円筒軸101とその先端部104との境界及び円錐状テーパー面の角度等は精密に制御することは困難であり,また開口107のスリーブ102底面からの位置精度を出し難いこと等の欠点は特開昭58−24615に指摘される通りであって回転部浮上量の精密制御は出来ない。今日のHDDでは回転部浮上量を5ないし10ミクロンメートルの範囲に制御することを要求されるが,適合させ難い構造である。
In general, radial bearings are easy to manage in the radial direction and are efficient and strong, so that they can cope with a considerably large rotating part weight. However, in the conventional example of FIG. 10, it is difficult to precisely control the boundary between the
図11は特公昭48−4498を改善させたとする特開昭58−24616の構造例を示す。同図に於いて,円筒軸111は外周面に図10と同様なスパイラルグルーブを有し,微小間隙でスリーブ112と対向すると共に軸端ではスリーブ112に固定されたボール113に対向する。円筒軸111内には循環路114を有してその開口115は円筒軸111の軸端に設けられている。
FIG. 11 shows an example of the structure of Japanese Patent Laid-Open No. 58-24616, which is an improvement of Japanese Patent Publication No. 48-4498. In the figure, a cylindrical shaft 111 has a spiral groove similar to that shown in FIG. 10 on the outer peripheral surface, and is opposed to the sleeve 112 at a minute gap and is opposed to the
静止時に円筒軸111の軸端はボール113に接触して開口115をほぼ塞ぎ,円筒軸111が回転すると図示していないスパイラルグルーブは潤滑流体を軸端方向に圧送し,開口115がボール113により塞がれているので圧力室116に於ける潤滑流体の圧力を高め,円筒軸111を含む回転部を軸方向に浮上させる。円筒軸111の軸端がボール113から離れると開口115に流入する潤滑流体の量は増えて圧力室116の潤滑流体圧力は減少するので回転部重量を支持する適当な位置で円筒軸111は浮上する。
When stationary, the shaft end of the cylindrical shaft 111 comes into contact with the
円筒軸111の浮上量により軸端とボール113との間で可変開口が形成されるのであるが,制御可能な浮上量は円筒軸111とスリーブ112との径方向間隙と同程度の値に限られる。HDDの動圧流体軸受モータで径方向間隙はほぼ2ミクロンメートル程度に設定され,軸方向の浮上量は想定される衝撃力及び使用温度範囲等を考慮して常温で5ないし10ミクロンメートル程度に設定したいが,それには適当な方法と成らない。
Although a variable opening is formed between the shaft end and the
以上,図10,11を用いて説明したように従来から知られているラジアルベアリングにより回転部の浮上位置を制御する方法では浮上量位置精度が不足する,或いは制御可能な浮上量範囲が適当でない等の理由が有ってそのままではHDDに適用できない。本発明はそれら従来構造の欠点を改善して軸とスリーブのみで構成するシンプルなベアリング構成によってもHDDに適用可能な動圧流体軸受を実現する。 As described above with reference to FIGS. 10 and 11, the conventionally known method of controlling the floating position of the rotating portion with the radial bearing has insufficient flying height position accuracy, or the controllable flying height range is not appropriate. Therefore, it cannot be applied to the HDD as it is. The present invention improves the drawbacks of these conventional structures and realizes a hydrodynamic bearing that can be applied to an HDD even with a simple bearing configuration including only a shaft and a sleeve.
図1は本発明の第一の実施例であるHDD用動圧流体軸受モータの縦断面及びスリーブ端面の図を示す。同図に於いて,動圧流体軸受は主として軸11,スリーブ12,カウンタープレート13,間隙に充填される潤滑流体等より構成され,軸11はディスク搭載面を有するハブ14に,さらにハブ14にはローターマグネット16が固定されて回転部を構成し,スリーブ12はベースプレート15に,ベースプレート15には回転駆動用のステータコア17,コイル18等を含んで固定部を構成する。番号19はローターマグネット16に対向してベースプレート15に固定される磁性体片で,回転部を軸方向に吸引する磁気吸引力を発生させる。番号1kは回転部の軸方向偏倚を規制する為の抜け止めである。
FIG. 1 shows a longitudinal section and a view of a sleeve end face of an HDD hydrodynamic bearing motor according to a first embodiment of the present invention. In the figure, a hydrodynamic bearing is mainly composed of a shaft 11, a sleeve 12, a counter plate 13, a lubricating fluid filled in a gap, and the shaft 11 is connected to a
スリーブ12は軸11と対向する内周面に不平衡なヘリングボーングルーブ1a,1bを有し,循環孔1d,1f,アクセス孔1hを有する。軸11の端面にはポンプインのスパイラルグルーブ1cを有する。循環孔1d,1fは直径0.4ミリメートル程度の小孔で構成し,アクセス孔1hは循環孔1dと連続して次第に径を大にしながらスリーブ12の上端面に開口する。循環孔1fは不平衡ヘリングボーングルーブ1a,1b間に通じる小孔で,軸端部に通じる凹部チャネル1e及び循環孔1dとで潤滑流体の循環路を形成する。 The sleeve 12 has unbalanced herringbone grooves 1a and 1b on the inner peripheral surface facing the shaft 11, and has circulation holes 1d and 1f and an access hole 1h. The end face of the shaft 11 has a pump-in spiral groove 1c. The circulation holes 1d and 1f are small holes having a diameter of about 0.4 millimeters, and the access hole 1h opens to the upper end surface of the sleeve 12 with the diameter gradually increasing continuously with the circulation hole 1d. The circulation hole 1f is a small hole that communicates between the unbalanced herringbone grooves 1a and 1b, and forms a circulation path for the lubricating fluid with the recessed channel 1e and the circulation hole 1d that communicate with the shaft end.
凹部チャネル1eはスリーブ端面にエッチング技術により精密に形成する。その寸法は軸受けの大小及び回転部重量等により異なるが,幅は数十から数百ミクロンメートル,深さは高々40ミクロンメートル程度である。他に放電加工,電解加工,イオンミリング,精密切削等が使用可能である。 The recessed channel 1e is precisely formed on the sleeve end face by an etching technique. The dimensions vary depending on the size of the bearing and the weight of the rotating part, but the width is several tens to several hundreds of micrometers and the depth is about 40 micrometers at most. In addition, electric discharge machining, electrolytic machining, ion milling, precision cutting, etc. can be used.
軸11とスリーブ12とは2ミクロンメートル程度の微小間隙を有して対向し,その間隙には潤滑流体を有するが,微小間隙の上端部では間隙が大となるよう軸11を縮径したシール部1jを有する。潤滑流体はシール部1j及びアクセス孔1hに於いて表面張力により空気との界面を有して実質的に封じられる。番号1gはアクセス孔1hにおける潤滑流体の界面を示す。 The shaft 11 and the sleeve 12 are opposed to each other with a minute gap of about 2 microns, and the gap has a lubricating fluid, but the shaft 11 is reduced in diameter so that the gap becomes large at the upper end of the minute gap. Part 1j. The lubricating fluid is substantially sealed at the seal portion 1j and the access hole 1h with an interface with air due to surface tension. Reference numeral 1g indicates an interface of the lubricating fluid in the access hole 1h.
ヘリングボーングルーブは回転と共に潤滑流体を逆方向に圧送する二つのスパイラルグルーブの組み合わせで構成するが,不平衡ヘリングボーングルーブ1a,1bはスリーブ12底部側のスパイラルグルーブの長さを短くして構成し,回転時にスリーブ12底部方向に潤滑流体を圧送する。スリーブ12に設けられた不平衡ヘリングボーングルーブ1a,1bの形状は図3を用いて説明する。図3はスリーブ12を縦に分割して斜視図として示し,内周面に形成した上下ヘリングボーングルーブ1a,1bが示されている。動圧発生用グルーブの形状寸法は間隙,潤滑流体粘度,目標性能等によって異なるが,上下のヘリングボーングルーブ1a,1bは通常深さ6ミクロンメートル程度に形成する。下部ヘリングボーングルーブ1bは軸方向の長さがL1,L2のスパイラルグルーブより構成され,下方に潤滑流体圧送能力を持たせるために図に示すようにL1をL2より大に設定する。番号31は軸11の回転方向を示す。番号1fはスリーブ12内に設けた循環孔の出口を示す。
The herringbone groove is composed of a combination of two spiral grooves that pump the lubricating fluid in the opposite direction as it rotates, but the unbalanced herringbone groove 1a, 1b is constructed by shortening the length of the spiral groove on the bottom side of the sleeve 12. , The lubricating fluid is pumped toward the bottom of the sleeve 12 during rotation. The shape of the unbalanced herringbone grooves 1a and 1b provided on the sleeve 12 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a perspective view of the sleeve 12 divided vertically, and shows upper and lower herringbone grooves 1a and 1b formed on the inner peripheral surface. The shape and size of the dynamic pressure generating groove varies depending on the gap, the viscosity of the lubricating fluid, the target performance, etc., but the upper and lower herringbone grooves 1a and 1b are usually formed to a depth of about 6 microns. The lower herringbone groove 1b is composed of spiral grooves having axial lengths L1 and L2, and L1 is set to be larger than L2 as shown in FIG.
磁性体片19は珪素鋼板,フェライト,パーマロイ等の磁性体で構成してローターマグネット16と協働して回転部と固定部間に磁気吸引力を発生させるが,磁気吸引力の目安は搭載する磁気ディスク,ハブ14,ローターマグネット16,軸11等を含む回転部重量の3から5倍程度に設定する。磁性体片19のみで磁気吸引力が不足する場合にはステータコア17とローターマグネット16の位置を軸方向に変位させて磁気吸引力を発生させ,或いは軸11先端に磁石を埋め込みカウンタープレート13を磁性体として磁気吸引力を補う。
The
図2はスリーブ12の端面と軸11の端部とを示して図1の補足説明をする為の斜視図である。同図に於いて,スリーブ12端面に形成された凹部チャネル1eはスリーブ12内周面にほぼ長方形の開口21を有し,軸11の端面には回転と共に潤滑流体を軸芯方向に圧送するポンプインのスパイラルグルーブ1cを有する。図2では見やすいように軸11は通常の使用時より奥に配置して示している。
FIG. 2 is a perspective view illustrating the end face of the sleeve 12 and the end portion of the shaft 11 for supplementary explanation of FIG. In this figure, a recessed channel 1e formed on the end surface of the sleeve 12 has a substantially
軸端の中心は番号22で示す点であるが,スパイラルグルーブ1cの中心は番号23で示すように軸端中心22より僅かにずらしてある。これはスパイラルグルーブ1cによって形成する潤滑流体の圧力分布が軸対称であると,軸中心に気泡が滞留しやすいことを考慮した構造である。
The center of the shaft end is a point indicated by
また,回転起動時及び停止時に軸端はカウンタープレート13と接触摺動するが,損傷を避ける為にカウンタープレート13表面には二流化モリブデンを主とする固体潤滑剤を10ミクロンメートル程度塗布する。二流化モリブデンの他にDLCを数ミクロンメートル形成しても摺動抵抗を減じて摩耗対策に効果がある。 Further, the shaft end slides in contact with the counter plate 13 at the time of starting and stopping the rotation, but in order to avoid damage, the surface of the counter plate 13 is coated with a solid lubricant mainly composed of molybdenum disulfide of about 10 microns. Even if DLC is formed to a few micrometers in addition to diverted molybdenum, sliding resistance is reduced and it is effective for wear prevention.
軸11の外周部はスリーブ12の内周面と2ミクロンメートル程度の間隙を有するのみであり,また軸11の端面は少なくとも外周近傍で軸11とは直交するよう形成するので実質的に開口21を塞ぎ,軸11の浮上と共に開口21の開口面積を変化させで可変開口を形成する。開口21はスリーブ12端面の凹部チャネル1eの断面として形成されるので位置及び形状寸法の制御は容易である。潤滑流体は不平衡ヘリングボーングルーブ1b,凹部チャネル1e,循環孔1d,1fを循環するが,凹部チャネル1eが軸11で塞がれた時の実質的な潤滑流体の最小流入面積は軸11とスリーブ12で形成する間隙長と軸11外周長との積よりは当然に小さくなるように設定しなければならない。逆の場合は可変開口以前での流路抵抗が大となり,可変開口の効果が減殺される。
The outer peripheral portion of the shaft 11 only has a gap of about 2 microns with the inner peripheral surface of the sleeve 12, and the end surface of the shaft 11 is formed so as to be orthogonal to the shaft 11 at least in the vicinity of the outer periphery. The variable opening is formed by changing the opening area of the
軸11と開口21とで形成する可変開口21は浮上量と共に減少する第一の軸方向負荷容量を,軸端のスパイラルグルーブ1cは浮上量と共に減少する第二の軸方向負荷容量を発生させるが,本発明の第一の実施例では第一の軸方向負荷容量の最大値を磁気吸引力に回転部重量を加えた値以上に設定する。その趣旨と動作原理とを図4を用いて説明する。
The
静止時には主として磁気吸引力により軸11はカウンタープレート13に接触している。回転起動と共にスパイラルグルーブ1cは軸端とカウンタープレート13間の潤滑流体を軸芯方向に圧送して第二の軸方向負荷容量を発生させ,同時に不平衡ヘリングボーングルーブ1bは潤滑流体を軸端方向に圧送して第一の軸方向負荷容量を発生させる。不平衡ヘリングボーングルーブ1bによって圧送された潤滑流体は凹部チャネル1e,循環孔1d,1f等で形成する循環路を介して不平衡ヘリングボーングルーブ1bの軸端より遠い側に環流する。一方不平衡ヘリングボーングルーブ1aも軸端方向に潤滑流体を圧送して不平衡ヘリングボーングルーブ1bに供給して起動時の速やかな浮上を助け,定常回転では不平衡ヘリングボーングルーブ1aの不平衡が解消される程度に潤滑流体界面を移動させる。 When stationary, the shaft 11 is in contact with the counter plate 13 mainly by magnetic attraction. As the rotation starts, the spiral groove 1c pumps the lubricating fluid between the shaft end and the counter plate 13 in the axial direction to generate a second axial load capacity. At the same time, the unbalanced herringbone groove 1b moves the lubricating fluid in the axial direction. To generate a first axial load capacity. The lubricating fluid pumped by the unbalanced herringbone groove 1b circulates to the side farther from the shaft end of the unbalanced herringbone groove 1b through a circulation path formed by the recessed channel 1e, the circulation holes 1d, 1f and the like. On the other hand, the unbalanced herringbone groove 1a also pumps the lubricating fluid in the axial direction and supplies it to the unbalanced herringbone groove 1b to help quick ascent at start-up. The lubricating fluid interface is moved to the extent that it is eliminated.
図4は横軸に浮上量FHを,縦軸に軸方向負荷容量LCを示して回転部の位置制御が為される動作原理を説明する。同図に於いて,番号41は不平衡ヘリングボーングルーブ1bと可変開口とで発生する第一の軸方向負荷容量を示している。浮上量がゼロの時に最大値を示し,浮上量の増大と共に徐々に減少する。番号42は軸端のスパイラルグルーブ1cによる第二の軸方向負荷容量を,番号43は第一及び第二の軸方向負荷容量の和をそれぞれ示す。
FIG. 4 illustrates the operating principle in which the position of the rotating unit is controlled with the flying height FH on the horizontal axis and the axial load capacity LC on the vertical axis. In the figure, reference numeral 41 denotes a first axial load capacity generated by the unbalanced herringbone groove 1b and the variable aperture. It shows the maximum value when the flying height is zero, and gradually decreases as the flying height increases.
HDDは図1に示す正立でも或いは上下逆にした倒立でも更には横置きでも使用され,モバイル用途では更に振動が加わる場合がある。この点がポリゴンスキャナー,VCR等の使用条件と大きく異なる点であり,設計仕様に関して考慮しなければならない点である。回転部と固定部間に加えられる力は姿勢によってその重量分が変化し,図1に示すような正立であれば磁気吸引力に回転部重量を加えた値が,倒立であれば磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値が対応する。 The HDD is used in the upright position shown in FIG. 1 or upside down, or in the horizontal position, and in mobile applications, vibration may be further applied. This is a point that differs greatly from the usage conditions of polygon scanners, VCRs, and the like, and it is a point that must be considered with respect to design specifications. The force applied between the rotating part and the fixed part varies depending on the posture. If it is upright as shown in FIG. 1, the value obtained by adding the weight of the rotating part to the magnetic attraction force is reversed. The value obtained by subtracting the rotating part weight from the force corresponds.
番号44は磁気吸引力に回転部重量を加えた値を,番号45は磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値を示している。したがって,正立では番号44と番号43とが交差する位置の浮上量f1に,倒立では番号45と番号43とが交差する位置の浮上量f2となる。
Reference numeral 44 indicates a value obtained by adding the rotating portion weight to the magnetic attractive force, and
正立及び倒立ではこのように浮上位置が異なるが,本発明の第一の実施例では第一の軸方向負荷容量の最大値を磁気吸引力に回転部重量を加えた値以上に設定する。第一の軸方向負荷容量の最大値はFHがゼロになる時の点線41の示す値である。したがって軸11の径が小さく,第二の軸方向負荷容量を十分に大きくできない場合でも回転部の浮上を確実にすることが出来る。もちろん,スパイラルグルーブ1cを有しない場合でも本発明の趣旨により浮上量の精密制御が可能である。しかし,振動,衝撃等の外部条件による浮上量変動を小さくする為に剛性値(LC/FH)を可能な限り大とする目的で図4から明らかなようにスパイラルグルーブ1cによる第二の軸方向負荷容量を寄与させる構成が望ましい。 In the first embodiment of the present invention, the maximum value of the first axial load capacity is set to be equal to or larger than the value obtained by adding the weight of the rotating part to the magnetic attraction force. The maximum value of the first axial load capacity is the value indicated by the dotted line 41 when FH becomes zero. Therefore, even when the diameter of the shaft 11 is small and the second axial load capacity cannot be sufficiently increased, the floating portion can be reliably lifted. Of course, even when the spiral groove 1c is not provided, the flying height can be precisely controlled according to the gist of the present invention. However, as is apparent from FIG. 4, the second axial direction by the spiral groove 1c is used for the purpose of increasing the rigidity value (LC / FH) as much as possible in order to reduce the flying height fluctuation due to external conditions such as vibration and shock. A configuration that contributes load capacity is desirable.
本実施例では循環孔1dに連続するアクセス孔1hを有して潤滑流体の界面を有する構造とした。不平衡ヘリングボーングルーブ1aは回転中に潤滑流体を軸端方向に圧送して回転浮上に伴って容積が大となった軸端部に潤滑流体を収容させ,それに伴って不平衡ヘリングボーングルーブ1aの不平衡を解消する位置に潤滑流体界面を移動させる。その際軸端部で過不足を生じた潤滑流体はアクセス孔1hに於ける潤滑流体で調整する構造である。アクセス孔1hは必須ではないが,潤滑流体調整で重要な役割を持ち,各部の寸法公差を軽減して製造容易とする役割がある。 In this embodiment, the access hole 1h is continuous with the circulation hole 1d and has a structure having an interface of the lubricating fluid. The unbalanced herringbone groove 1a pumps the lubricating fluid in the axial direction during rotation and accommodates the lubricating fluid in the shaft end portion whose volume has increased with the rotation and floating, and accordingly, the unbalanced herringbone groove 1a. The interface of the lubricating fluid is moved to a position where the imbalance is eliminated. In this case, the lubricating fluid that has caused excess or deficiency at the shaft end is adjusted by the lubricating fluid in the access hole 1h. Although the access hole 1h is not essential, it has an important role in adjusting the lubricating fluid, and has a role of facilitating manufacture by reducing the dimensional tolerance of each part.
回転中に不平衡ヘリングボーングルーブ1bは潤滑流体を循環路を介して常に循環させ,循環路はアクセス孔1hに連結して大気開放されているので初期に潤滑流体中に気泡が混入しても循環路を介して循環する過程で気泡は確率的にアクセス孔1hから大気に逃げ,潤滑流体から気泡が排除される。したがって,組み立て工程での潤滑流体注入は大気圧下で実施可能であり,組み立て後にアクセス孔1hから潤滑流体の界面1gの監視或いは潤滑流体の追加注入等が可能である。 During the rotation, the unbalanced herringbone groove 1b always circulates the lubricating fluid through the circulation path, and the circulation path is connected to the access hole 1h and opened to the atmosphere. In the process of circulating through the circulation path, the bubbles probabilistically escape to the atmosphere from the access hole 1h, and the bubbles are excluded from the lubricating fluid. Therefore, the lubrication fluid injection in the assembly process can be performed under atmospheric pressure, and the interface 1g of the lubrication fluid can be monitored or additional lubrication fluid can be injected from the access hole 1h after the assembly.
アクセス孔1hに対応してハブ14に観察する為の小孔を設ければ完成後にも随時潤滑流体の監視が出来るし,アクセス孔1hを図1とは逆の底部側に設けるよう修正すればHDD外部から潤滑流体の監視が可能となる。
If a small hole for observation is provided in the
アクセス孔1h及び循環路1d,1f等での最小間隙には特に留意する必要がある。潤滑流体の大気との界面はシール部1j及びアクセス孔1hとで静止時には同じ曲率を有して平衡に達するのでアクセス孔1hに於ける最小間隙が大きすぎると潤滑流体漏れを起こしやすい。アクセス孔1h内に間隙調整用部材を配置して最小間隙を調整する事が出来るが,第三の実施例はその点を容易にする。 Special attention should be paid to the minimum gap in the access hole 1h and the circulation paths 1d and 1f. The interface of the lubricating fluid with the atmosphere has the same curvature at rest with the seal portion 1j and the access hole 1h and reaches equilibrium. Therefore, if the minimum gap in the access hole 1h is too large, the lubricating fluid is liable to leak. A gap adjusting member can be arranged in the access hole 1h to adjust the minimum gap, but the third embodiment facilitates this point.
シール部1j及びアクセス孔1hでは潤滑流体を表面張力により効果的に封止するが,シール部1j及びアクセス孔1hを構成する面には撥油剤を塗布して潤滑流体のマイグレーションによるシミ出しを止める。また抜け止め部1kに於いて回転部と固定部との摺動摩擦は通常発生しないが,過大な振動衝撃が印可された場合には接触する可能性がある。その場合に摩耗粉が発生する事は好ましくなく,対処策として一方の部材を硬質部材で構成する,或いはDLC,二流化モリブデン等固体潤滑剤を塗布しておく事が望ましい。 The sealing portion 1j and the access hole 1h effectively seal the lubricating fluid by surface tension, but an oil repellent agent is applied to the surfaces constituting the sealing portion 1j and the access hole 1h to stop the smear due to the migration of the lubricating fluid. . In the retaining portion 1k, sliding friction between the rotating portion and the fixed portion does not normally occur, but there is a possibility of contact when an excessive vibration shock is applied. In this case, it is not preferable that abrasion powder is generated. As a countermeasure, it is desirable that one member is formed of a hard member or a solid lubricant such as DLC or molybdenum disulfide is applied.
図5は本発明の第二の実施例を説明する為の図である。動圧流体軸受モータ全体の構成は図1,図2,図3に示した第一の実施例と同一であり,磁気吸引力,回転部重量,第一の軸方向負荷容量の関係を変えることで第二の実施例としている。すなわち,第一の軸方向負荷容量の最大値を[磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値]及び[磁気吸引力に回転部重量を加えた値」の間に設定して第二の実施例とする。スパイラルグルーブ1cによる軸方向の支持剛性を最大限に寄与させて精密な浮上量制御を可能にする特徴がある。 FIG. 5 is a view for explaining a second embodiment of the present invention. The configuration of the hydrodynamic bearing motor as a whole is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1, 2 and 3, and the relationship between the magnetic attractive force, the rotating portion weight, and the first axial load capacity is changed. In the second embodiment. That is, the maximum value of the first axial load capacity is set between [the value obtained by subtracting the rotating part weight from the magnetic attractive force] and [the value obtained by adding the rotating part weight to the magnetic attractive force] in the second embodiment. Take an example. There is a feature that enables precise control of the flying height by making the maximum support rigidity in the axial direction by the spiral groove 1c.
図4及び図5に於ける各番号41,42,43,44,45の示す意味は全く同一であるが,それらの設定条件が異なる。番号41は第一の軸方向負荷容量を示し,その最大値(FHがゼロの時の値)は番号44及び番号45の間に設定される。したがって,正立では図5において番号44と番号43とが交差する位置の浮上量f3に,倒立では番号45と番号43とが交差する位置の浮上量f4となる。第一の実施例に比してスパイラルグルーブ1cによる近接反力がより比重を増して剛性値(LC/FH)を大とするが,軸11径が大或いは回転速度が大の条件に適している。
The meanings of the
図6は本発明の第三の実施例を説明する為の図で動圧流体軸受モータの縦断面図及びスリーブ端面の平面図をそれぞれ示す。第三の実施例は第一の実施例とは動作原理を同じくし,スリーブ構造が主に異なる。図6には図1と異なる部分のみ番号を変えて示している。 FIG. 6 is a view for explaining a third embodiment of the present invention, and shows a longitudinal sectional view of a hydrodynamic bearing motor and a plan view of an end face of a sleeve. The third embodiment has the same operating principle as the first embodiment, but mainly differs in the sleeve structure. FIG. 6 shows only parts different from those in FIG.
図6に於いて,スリーブは内筒61,外筒62の二重構造とし,内筒61の外周面の一部を平坦化して内筒61,外筒62間に断面が三日月状の間隙を形成し,図1に於ける循環路1d及びアクセス孔1hの機能を持たせる。すなわち間隙の断面は三日月状として両端に狭間隙部64,中央は0.3ミリメートル程度以上の広間隙部65とする。この間隙部の一端が潤滑流体に接すると,表面張力により潤滑流体は両端の狭間隙部64に集中し,中央の広間隙部65は大気の通路となる。図6においては不平衡ヘリングボーングルーブ1bに環流する循環路1fは前記狭間隙部64から形成するので潤滑流体は凹部チャネル1e,狭間隙部64,循環路1fを介して不平衡ヘリングボーングルーブ1bに環流する。
In FIG. 6, the sleeve has a double structure of an
図6の下部には内筒61及び外筒62で構成されたスリーブ端面が示され,狭間隙部64,広間隙部65,凹部チャネル1eが示されている。
In the lower part of FIG. 6, a sleeve end face constituted by an
狭間隙部64はスリーブの上端面まで連続しているので潤滑流体がスリーブ上端面からしみ出す可能性がある。懸念される量であれば,狭間隙部64のスリーブ上端近傍に撥油剤を塗布する,比較的粘度の高い接着剤でスリーブ上端近傍の狭間隙部64に充填する等で回避出来る。さらに完全を期するには封止板63を用いる。
Since the
封止板63は透明な薄板でスリーブの上端面で内筒61及び外筒62間の間隙部を覆うように配置する。図7の下部にスリーブ上端面の図を示すように封止板63は前記間隙部の広間隙部65に対応する位置に直径0.3ミリメートル程度以上の円孔71を有する。円孔71が表面張力によるシール部を形成して潤滑流体のシミ出しを防ぐ。封止板63は透明板であるので狭間隙部64に於ける潤滑流体を視認出来,境界の位置により潤滑流体の多寡を知る事が出来る。
The sealing
実施例1及び2に於けるアクセス孔1hの最小間隙の管理が潤滑流体封止の観点から重要であり間隙調整用の部材を要する可能性があった。本実施例のように内筒61及び外筒62間に間隙部を設ける構造でば,その間隙部に於ける最小間隙を容易に0.1ないし0.2ミリメートル程度に設定管理が出来,潤滑流体封止能力を向上出来る。
The management of the minimum gap of the access hole 1h in the first and second embodiments is important from the viewpoint of sealing the lubricating fluid, and there is a possibility that a member for adjusting the gap is required. If a gap is provided between the
スリーブを上記のように二重筒構成としてその間の間隙として循環路と通気孔を形成する構造は間隙部の寸法管理を容易とするが,内筒61の外径及び外筒62の内径管理は精密さを要しコストアップとなりかねない。この外筒62を樹脂で構成し,さらに外筒62の内径を内筒61の外径より僅かに小として外筒62の弾性或いは両者間の温度膨張差を利用して内筒61及び外筒62を組み立てる事で改善出来る。その際には内筒61外周面の一部を平坦として間隙部を構成する代わりに外筒62の内周面に型成形により間隙部を構成しても良い。
The structure in which the sleeve is formed as a double cylinder as described above and the circulation path and the vent hole are formed as a gap therebetween facilitates the size control of the gap portion, but the outer diameter of the
図8及び図9は本発明の第四の実施例を説明する為の図で動圧流体軸受モータの縦断面図及びカウンタープレートの詳細構造図をそれぞれ示す。図1に示す第一及び第二の実施例とはスリーブ構造と軸端近傍が,図6に示す第三の実施例とは軸端近傍の循環路構造が異なり,相違する部分を中心に構成を説明する。図8,9に於ける各部の番号も同一形状の部分には図1,図6と同一の番号を付している。 FIGS. 8 and 9 are views for explaining a fourth embodiment of the present invention, and show a longitudinal sectional view of a hydrodynamic bearing motor and a detailed structural view of a counter plate, respectively. 1 differs from the first and second embodiments in the sleeve structure and the vicinity of the shaft end, and differs from the third embodiment shown in FIG. 6 in the circulation path structure in the vicinity of the shaft end. Will be explained. 8 and 9, the same number is assigned to the same shape as in FIGS.
特に図6と図8の相違点はスリーブ端とカウンタープレート構造であり,スリーブ端面に設けた凹部チャネル1eをカウンタプレート83側に設けている。図8に於いて,スリーブは内筒81及び外筒82とより構成され,それらの間に狭間隙部64,広間隙部65及び循環孔1fを有する事は同じであるが,軸方向の長さが若干短く構成され,その分カウンタープレート83が図6のカウンタープレート13より厚くしてある。カウンタープレート83にはスリーブ内筒81の内周面の延長として軸11を収容する円形凹部85が形成され,円形凹部85と狭間隙部64とに接続されるように凹部チャネル84が形成される。図8では凹部チャネル84は2カ所に形成されている。図8下部に於いて,番号86は内筒81及び外筒82の境界,番号64は狭間隙部,番号65は広間隙部がカウンタープレート83表面にそれぞれ当接する位置を示す。
In particular, the difference between FIG. 6 and FIG. 8 is the sleeve end and the counter plate structure, and the recessed channel 1e provided on the sleeve end surface is provided on the
図9(a)はカウンタープレート83の平面図を,図9(b)は同図(a)のA−A’で示した凹部チャネル84の開口部断面図を示している。番号91は凹部チャネル84の開口部を,番号92は開口部91の断面形状をそれぞれ示している。
9A is a plan view of the
動作原理は図6に示す第三の実施例と同じであるので説明は省略する。カウンタープレート83に円形凹部85及び凹部チャネル84を形成する方法は図6での凹部チャネル1eの加工形成と同一であり,スリーブより薄いカウンタープレート83上に形成するので加工は図6の場合より容易であり,精度も出しやすい。
The operation principle is the same as that of the third embodiment shown in FIG. The method of forming the
第一,第二,第三の実施例に於いて,回転部の浮上力のかなりの部分はラジアルベアリング1bが潤滑流体を軸端方向へ圧送する能力と軸端近傍に於ける可変開口とで生成する潤滑流体圧力に依存している。動作原理から容易に判明するように回転部が上下方向への加速度を受けた場合に所定の浮上位置範囲に留めようとする軸方向剛性は軸端近傍のスパイラルグルーブ1cの寄与分を別に考えるとして[開口部面積変化量]/[軸端位置変化量]に比例する。従って本発明を具現化する上で回転部の浮上位置精度を確保するには回転部の所定浮上位置近傍に於いて,[開口部面積変化量]/[軸端位置変化量]が所定の値となるよう凹部チャネル1e,84の開口部形状を設定する事であり,所定の浮上位置からさらに浮上して軸端が図1,図6,図8に於いて上方に移動した時に開口部断面積が急激に大となる構成である。
In the first, second and third embodiments, a considerable part of the floating force of the rotating part is due to the ability of the radial bearing 1b to pump the lubricating fluid in the axial direction and the variable opening near the axial end. Depends on the generated lubricating fluid pressure. As can be easily understood from the operating principle, the axial rigidity to be kept in a predetermined floating position range when the rotating part receives vertical acceleration is considered separately from the contribution of the spiral groove 1c near the shaft end. It is proportional to [aperture area change amount] / [shaft end position change amount]. Therefore, in order to ensure the floating position accuracy of the rotating part in realizing the present invention, [aperture area change amount] / [shaft end position change amount] is a predetermined value near the predetermined floating position of the rotating part. The opening shape of the recessed
図1,図6では凹部チャネル1eをスリーブ端面側から彫り込む形で形成するのでその場合には凹部チャネル1eの表面での幅を小さく,奥で幅を大にする加工を必要とする。勿論このような加工はエッチング,スパッタリング或いは他の微細加工技術に於いて実現可能である。しかしながら,回転部の各浮上位置に於いて,[開口部面積変化量]/[軸端位置変化量]を変え,回転部浮上位置を精密に制御しようとする場合には凹部チャネル1eの開口部断面形状をさらに精密に形成する要求が出るが,現在の微細加工技術では限界がある。図8,図9に示す第四の実施例はこのような局面で有効な構造である。すなわち,凹部チャネル84をカウンタープレート83表面に形成してその開口部91の断面を番号92で示すように表面で幅を大に,奥で幅を小に形成する事によって上記条件を満たす事が出来,この場合には図1,図6の場合に比して断面形状制御の加工は容易となる。また精密プレス,或いは樹脂の精密モールドによっても上記カウンタープレート83は容易に製造可能となる。
In FIGS. 1 and 6, the recessed channel 1e is formed by carving from the sleeve end face side. In this case, it is necessary to reduce the width at the surface of the recessed channel 1e and increase the width at the back. Of course, such processing can be realized by etching, sputtering or other fine processing techniques. However, when changing the [opening area change amount] / [shaft end position change amount] at each floating position of the rotating portion to precisely control the rotating portion floating position, the opening portion of the recessed channel 1e is used. Although there is a demand for more precise formation of the cross-sectional shape, current micromachining technology has its limitations. The fourth embodiment shown in FIGS. 8 and 9 is a structure effective in such a situation. That is, the
上記実施例の説明に於いて,循環路開口を軸端部外周に配置して軸端のグルーブはポンプインのスパイラルグルーブで構成した。これは軸端のスパイラルグルーブに最大限の能力を発揮させ,循環路内のオリフィス或いは可変開口による負荷容量制御を容易にするよう相互の干渉を少なくした構成である。 In the description of the above embodiment, the circulation path opening is arranged on the outer periphery of the shaft end portion, and the shaft end groove is constituted by a pump-in spiral groove. This is a configuration in which mutual interference is reduced so that the spiral groove at the end of the shaft exhibits its maximum capability and load capacity control by an orifice or a variable opening in the circulation path is facilitated.
第一の実施例から第四の実施例まで動圧流体軸受モータは全て軸回転構造を例に挙げて本発明の具体的な構造例及び動作原理等を説明した。しかし,本発明の趣旨の範囲内で軸を固定し,スリーブ側を回転駆動する構造にも適用出来ることは明らかである。ただ,スリーブ側に循環路を持つ場合には循環路内の潤滑流体に遠心力を作用させることになり,軸回転構造より潤滑流体漏れの可能性が高くなる。 From the first embodiment to the fourth embodiment, all the hydrodynamic fluid bearing motors have been described with respect to specific structural examples and operating principles of the present invention by taking the shaft rotation structure as an example. However, it is apparent that the present invention can be applied to a structure in which the shaft is fixed and the sleeve side is rotationally driven within the scope of the present invention. However, if there is a circulation path on the sleeve side, centrifugal force is applied to the lubricating fluid in the circulation path, and the possibility of lubricating fluid leakage is higher than that of the shaft rotation structure.
さらに上記実施例でスラストベアリングは軸端部のスパイラルグルーブとして動作原理及び効果を説明したが,その他の構造,例えばスラストベアリングをスリーブ端面に構成した構造等にも適用できる事は明らかで浮上回転を速やかにして摺動摩耗低減に効果がある。 Further, in the above embodiment, the thrust bearing is described as a spiral groove at the end of the shaft, and the operation principle and effect have been described. However, it is clear that the thrust bearing can be applied to other structures such as a structure in which the thrust bearing is formed on the sleeve end surface. It is effective to reduce sliding wear quickly.
上記実施例の動圧流体軸受モータを用いた磁気ディスク装置の全体構造までは示さなかったが,磁気ディスク装置の縦断面構造をほぼ決めるに至る動圧流体軸受モータの縦断面構造を示した事で磁気ディスク装置の薄型構造は規定されている。このように本実施例では軸径より大のスラストベアリングを有さずとも磁気ディスクを含む回転部の浮上回転を高精度に支持できることを示した。上記動圧流体軸受モータを用いる事により薄型で低消費電力の磁気ディスク装置を実現できる。 Although the entire structure of the magnetic disk drive using the hydrodynamic bearing motor of the above embodiment was not shown, the vertical cross-sectional structure of the hydrodynamic bearing motor that almost determines the vertical cross-sectional structure of the magnetic disk drive was shown. Thus, the thin structure of the magnetic disk device is defined. Thus, in the present embodiment, it was shown that the floating rotation of the rotating part including the magnetic disk can be supported with high accuracy without having a thrust bearing larger than the shaft diameter. By using the hydrodynamic bearing motor, a thin and low power consumption magnetic disk device can be realized.
以上,本発明を実施例を挙げてその動作原理及び構造を説明した。上記実施例は本発明の動作原理を説明するために数例を挙げたのみであって本発明の趣旨を逸脱しない範囲で材料及び構造等の変形が可能なことはもちろんである。例えば,上記実施例で採用した循環孔に続く大気への通気部分で潤滑流体中の気泡除去が可能であることから潤滑流体の注入を大気圧下で行い,所定時間の回転で脱気を行わせるような工程を採用することも可能である。さらにまたそれらアクセス孔を利用して使用途次での潤滑流体交換,及び潤滑流体追加等を行って動圧流体軸受モータ及び磁気ディスク装置の可動可能な時間を延ばすことも可能となる。 The operation principle and structure of the present invention have been described with reference to the embodiments. In the above embodiment, only a few examples are given to explain the operation principle of the present invention, and it is needless to say that the materials and structures can be modified without departing from the spirit of the present invention. For example, since air bubbles in the lubricating fluid can be removed at the air vent part following the circulation hole adopted in the above embodiment, the lubricating fluid is injected at atmospheric pressure and deaerated by rotating for a predetermined time. It is also possible to adopt such a process. Furthermore, it is possible to extend the time during which the hydrodynamic fluid bearing motor and the magnetic disk device can be moved by exchanging the lubricating fluid during use and adding the lubricating fluid by using these access holes.
本発明の動圧流体軸受モータに依れば,軸径より大のスラストベアリングを有することなく回転部の浮上量を精密に制御可能とする動圧流体軸受モータを実現できる。潤滑流体の流動速度は最小限に留め得るので潤滑流体漏れの可能性を小にし軸損を低減させる。さらに本発明では潤滑流体中の気泡除去を回転中に可能とするので組み立て工程をシンプルとして低コスト化を可能にする。特に薄型で低消費電流の磁気ディスク装置に最適となる。 According to the hydrodynamic bearing motor of the present invention, it is possible to realize a hydrodynamic bearing motor capable of precisely controlling the flying height of the rotating portion without having a thrust bearing larger than the shaft diameter. Since the flow rate of the lubricating fluid can be kept to a minimum, the possibility of lubricating fluid leakage is reduced and axial loss is reduced. Furthermore, in the present invention, since the bubbles in the lubricating fluid can be removed during rotation, the assembling process is simplified and the cost can be reduced. It is particularly suitable for a thin and low current consumption magnetic disk device.
11・・・軸, 12・・・スリーブ,
13・・・カウンタープレート, 14・・・ハブ,
15・・・ベースプレート, 16・・・ローターマグネット,
17・・・ステータコア, 18・・・コイル,
19・・・磁性体片,
1a,1b・・不平衡なヘリングボーングルーブ,
1c・・・スパイラルグルーブ, 1d,1f・・循環孔,
1e・・・凹部チャネル, 1g・・・潤滑流体の界面,
1h・・・アクセス孔, 1j・・・シール部,
1k・・・抜け止め,
21・・・開口, 22・・・軸端中心,
23・・・スパイラルグルーブの中心,
31・・・軸11の回転方向,
41・・・第一の軸方向負荷容量, 42・・・第二の軸方向負荷容量,
43・・・第一及び第二の軸方向負荷容量の和,
44・・・磁気吸引力に回転部重量を加えた値,
45・・・磁気吸引力から回転部重量を差し引いた値,
61・・・内筒, 62・・・外筒,
63・・・封止板, 64・・・狭間隙部,
65・・・広間隙部,
71・・・円孔,
81・・・内筒, 82・・・外筒,
83・・・カウンタープレート, 84・・・凹部チャネル,
85・・・円形凹部, 86・・・内筒81及び外筒82の境界,
91・・・凹部チャネル84の開口部, 92・・・開口部の断面形状,
101・・・円筒軸, 102・・・スリーブ,
103・・・スパイラルグルーブ, 104・・・先端部,
105・・・圧力室, 106・・・循環路,
107・・・開口,
111・・・円筒軸, 112・・・スリーブ,
113・・・ボール, 114・・・循環路,
115・・・開口, 116・・・圧力室
11 ... shaft, 12 ... sleeve,
13 ... Counter plate, 14 ... Hub,
15 ... Base plate, 16 ... Rotor magnet,
17 ... stator core, 18 ... coil,
19: Magnetic piece,
1a, 1b .. unbalanced herringbone groove,
1c... Spiral groove, 1d, 1f .. circulation hole,
1e: recessed channel, 1g: interface of lubricating fluid,
1h ... access hole, 1j ... seal part,
1k ...
21 ... Opening, 22 ... Center of shaft end,
23 ... The center of the spiral groove,
31 ... Rotation direction of the shaft 11,
41 ... first axial load capacity, 42 ... second axial load capacity,
43 ... Sum of first and second axial load capacities,
44: Value obtained by adding the rotating part weight to the magnetic attractive force,
45... Value obtained by subtracting the rotating part weight from the magnetic attractive force,
61 ... Inner cylinder, 62 ... Outer cylinder,
63 ... sealing plate, 64 ... narrow gap,
65 ... wide gap part,
71 ... round hole,
81 ... inner cylinder, 82 ... outer cylinder,
83 ... counter plate, 84 ... recessed channel,
85 ... circular recess, 86 ... boundary between the inner cylinder 81 and the outer cylinder 82,
91: Opening of
101 ... cylindrical shaft, 102 ... sleeve,
103 ... spiral groove, 104 ... tip
105 ... pressure chamber, 106 ... circulation path,
107 ... opening,
111 ... cylindrical shaft, 112 ... sleeve,
113 ... ball, 114 ... circulation path,
115 ... Opening, 116 ... Pressure chamber
Claims (12)
12. The hydrodynamic bearing motor according to claim 11, wherein the sleeve is exposed to a sleeve end face with a sealing plate having a circular opening having a diameter equal to or smaller than a gap of a wide gap portion formed between an inner cylinder and an outer cylinder of the sleeve. The hydrodynamic bearing motor is characterized in that the gap is sealed to prevent leakage of the lubricating fluid.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-12-16 JP JP2003417766A patent/JP2005180467A/en active Pending
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