JP2007333004A - Hydrodynamic fluid bearing apparatus, spindle motor, and recording disk driving device equipped with this spindle motor - Google Patents

Hydrodynamic fluid bearing apparatus, spindle motor, and recording disk driving device equipped with this spindle motor Download PDF

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Akira Hiyo
明 馮
Tomoji Kitahira
智司 北平
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost hydrodynamic fluid bearing apparatus which has a low friction loss and wear at the time of starting/stopping, and a high stability. <P>SOLUTION: A hydrodynamic fluid bearing apparatus, which comprises: a sleeve 2; a shaft 1 which rotates relatively with respect to the sleeve 2; and a lubrication fluid 5 filling a gap between the shaft 1 and the sleeve 2, characterized in that in either the inner peripheral surface 2a of the sleeve 2 or the outer peripheral surface of the shaft 1, a herringbone dynamic pressure groove constituted by a groove portion 10 great in gap with respect to facing periphery and a hill portion 12 having a small gap with respect to the facing periphery is formed, and in that the groove portion 10 is formed in 45°≤β≤75° of slope angle β with respect to rotational axis direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に小型、薄型の動圧流体軸受装置、それを用いて構成されるスピンドルモータおよび記録ディスク駆動装置に関する。   The present invention relates to a hydrodynamic bearing device that is particularly small and thin, a spindle motor and a recording disk drive device that are configured using the hydrodynamic bearing device.

ハードディスクをはじめとする記録ディスク駆動装置は、近年なお一層の小型化が図られ、携帯用視聴覚機器や携帯電話など、持ち運びを前提とした機器に取り付けられるようになった。これに伴い、記録ディスク駆動装置に内蔵されるスピンドルモータにも、可搬性、使用方向自在性、耐衝撃性、繰り返し起動停止、迅速立上、あるいは低消費電力など、装置の使いやすさに直結した性能が、これまで以上に強く要求されるようになってきた。そこで、小さいスペースの中でさらに優れた性能を達成できるように、静音性、耐衝撃性、起動繰り返し寿命、軸受損失、信頼性等にすぐれた、小型で低コストな動圧流体軸受装置が求められている。   In recent years, recording disk drive devices such as hard disks have been further reduced in size and can be attached to portable audio-visual devices and mobile phones such as mobile phones. As a result, the spindle motor built in the recording disk drive is also directly connected to the ease of use of the device, such as portability, freedom of direction of use, impact resistance, repeated start / stop, quick startup, and low power consumption. Performance that has been achieved has become more demanding than ever. Therefore, there is a need for a compact and low-cost hydrodynamic bearing device that is superior in quietness, impact resistance, repeated start-up life, bearing loss, reliability, etc., so that even better performance can be achieved in a small space. It has been.

動圧流体軸受装置としては、回転軸方向に対して傾斜した溝が相互に向かい合った魚の骨状に配置された溝列を軸受面に設けた、ヘリングボーン型動圧軸受が通常用いられている(特許文献1)。この軸受型式の動圧発生原理は、潤滑流体の粘性特性と軸/受間の相対速度による粘性力を利用して、広い軸受隙間を有する溝部から軸受隙間が狭い丘部に潤滑剤を押し込むことによって発生するスクイズ効果と、傾斜した溝部に沿って軸受内部に押し込むポンピング効果とによって、軸受隙間内に充填された潤滑流体を加圧し、回転体を浮上させ安定に回転保持するというものである。本軸受の開発の歴史は長く、軸受の中心位置における高速回転状態での特性については、多くの研究が行われ最適仕様も求められている。しかし、その動圧発生原理上、軸/受間の相対速度差が小さい低速回転時には、潤滑流体を流動させる力が小さいため、正常な潤滑界面を形成しにくく、軸受保持能力は低い。このため起動停止時には、摩擦損失が大きく磨耗しやすいという弱点があったが、低速回転時における、しかも、略軸受壁面に接触した条件での摩擦、磨耗特性や、それをも考慮した最適仕様の研究は難解であり、改善策は見出せていなかった。   As a hydrodynamic bearing device, a herringbone type hydrodynamic bearing is generally used in which grooves arranged in the shape of a fish bone with grooves inclined with respect to the rotation axis face each other are provided on the bearing surface. (Patent Document 1). The dynamic pressure generation principle of this bearing type is to push the lubricant from the groove with a wide bearing gap into the hill with a narrow bearing gap by using the viscous characteristics of the lubricating fluid and the viscous force due to the relative speed between the shaft and the bearing. The squeeze effect generated by the above and the pumping effect of pushing into the bearing along the inclined groove portion pressurize the lubricating fluid filled in the bearing gap, and the rotating body is floated and stably rotated and held. The development of this bearing has a long history, and many studies have been conducted on the characteristics of the bearing at the center position in a high-speed rotation state, and an optimum specification is also required. However, due to the principle of dynamic pressure generation, during low-speed rotation with a small relative speed difference between the shaft and the bearing, the force for flowing the lubricating fluid is small, so that it is difficult to form a normal lubrication interface and the bearing holding capacity is low. For this reason, when starting and stopping, there was a weak point that the friction loss was large and it was easy to wear, but at the time of low speed rotation, the friction and wear characteristics under the condition that it was in contact with the bearing wall surface, and the optimum specification that also considered it The research was difficult and no improvement was found.

また、流体動圧軸受で支持された小型・薄型回転機械は、その構造上の制限からオーバーハング構造となり、回転体の重心位置は軸受の回転軸方向長さの中間部には配置できず、負荷が装着される出力端側に外れていることが多い。薄型回転体では特に、十分な軸受スパンがとれないことから、出力端側の軸受に大きな荷重が付加され、軸受の出力端側部位が損傷しやすい傾向があった。   In addition, the small and thin rotary machine supported by the fluid dynamic pressure bearing has an overhang structure due to its structural limitations, and the center of gravity of the rotating body cannot be placed in the middle part of the bearing in the axial direction. In many cases, the load is disconnected to the output end side where the load is mounted. In particular, since a thin bearing cannot provide a sufficient bearing span, a large load is applied to the bearing on the output end side, and the output end side portion of the bearing tends to be easily damaged.

特開2004−56963号公報JP 2004-56963 A

本発明は、上述した現状の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、起動停止時の摩擦トルクと磨耗が小さく、高速回転時にも安定な、安価で小型の動圧流体軸受装置、スピンドルモータ及びこのスピンドルモータを備えた記録ディスク駆動装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described current problems, and an object of the present invention is to provide a low-cost, small-sized hydrodynamic fluid bearing that has low friction torque and wear during start and stop and is stable even at high speed rotation. An apparatus, a spindle motor, and a recording disk driving device including the spindle motor are provided.

請求項1に記載の発明は、略円柱状のシャフトと、該シャフトが挿通される略円筒状のスリーブと、該シャフトと該スリーブとの間の間隙に充填された潤滑流体とを備え、前記シャフトが、前記スリーブによって回転軸回りに前記スリーブに対して相対的に回転自在に保持され、前記シャフトまたは前記スリーブの前記回転軸方向の一方の端を出力端として、負荷が接続される動圧流体軸受装置において、対向する前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面のいずれか一方の面をG面、他方の面をF面と定義し、前記シャフトと前記スリーブ間の相対回転によって生じる前記潤滑流体の回転流動運動において、前記G面を基準として見た時の前記潤滑流体の相対的回転方向をROT方向と定義して、該G面には、丘部と少なくとも一方の端が開口した溝部が、前記回転軸に対して傾斜した状態で周方向に交互に配列された動圧溝列が形成され、さらに該G面には、前記回転軸に対して略逆方向に傾斜した2列の前記動圧溝列を、離反する側に前記溝部開口端を配置して、前記回転軸に直交する面に対して略対称に向かい合わせて一対に構成したヘリングボーン状の動圧軸受溝が、前記回転軸方向に少なくとも1箇所以上形成され、前記溝部の周方向幅角度(θ)と前記丘部の周方向幅角度(θ)の占める割合を示す溝幅比θ (=θ/(θ+θ))が、0.4≦θ ≦0.6であり、かつ、前記一対の動圧溝列と前記回転軸とがなす鋭角側の角度β、βが、45°≦β≦75°、かつ45°≦β≦75°である。 The invention according to claim 1 includes a substantially cylindrical shaft, a substantially cylindrical sleeve through which the shaft is inserted, and a lubricating fluid filled in a gap between the shaft and the sleeve, The shaft is held by the sleeve so as to be rotatable relative to the sleeve around the rotation axis, and the dynamic pressure at which a load is connected with one end of the shaft or the sleeve in the rotation axis direction as an output end In the hydrodynamic bearing device, one of the opposed outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve is defined as a G surface, and the other surface is defined as an F surface, which is generated by relative rotation between the shaft and the sleeve. In the rotational flow motion of the lubricating fluid, the relative rotational direction of the lubricating fluid when viewed with the G plane as a reference is defined as the ROT direction. The groove portion having an open end is formed with a dynamic pressure groove array alternately arranged in the circumferential direction in an inclined state with respect to the rotating shaft, and the G surface has a substantially reverse direction with respect to the rotating shaft. The two rows of the dynamic pressure grooves inclined to each other are arranged in a pair of herringbone-like shapes in which the groove opening ends are arranged on the side away from each other and faced substantially symmetrically with respect to the plane orthogonal to the rotation axis. At least one hydrodynamic bearing groove is formed in the rotational axis direction, and the groove width ratio indicates a ratio of the circumferential width angle (θ p ) of the groove portion and the circumferential width angle (θ l ) of the hill portion. θ * p (= θ p / (θ 1 + θ p )) is 0.4 ≦ θ * p ≦ 0.6, and an acute angle side formed by the pair of dynamic pressure groove rows and the rotating shaft The angles β 1 and β 2 are 45 ° ≦ β 1 ≦ 75 ° and 45 ° ≦ β 2 ≦ 75 °.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、前記ROT方向に見た前記丘部から前記溝部に至る境界部を形成する壁面aと前記回転軸とがなす鋭角側の角度β1a、β2aと、前記ROT方向に見た前記溝部から前記丘部に至る境界部を形成する壁面bと前記回転軸とがなす鋭角側の角度β1b、β2bとが、45°≦β1b<β1a≦75°、または45°≦β2b<β2a≦75°である。 The invention according to claim 2 is the hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein, in the pair of dynamic pressure groove rows, a boundary portion from the hill portion to the groove portion viewed in the ROT direction is formed. Angles β 1a , β 2a formed by the wall surface a to be formed and the rotation axis, and a wall surface b forming the boundary portion from the groove portion to the hill portion viewed in the ROT direction and the rotation shaft are formed. The acute angles β 1b and β 2b are 45 ° ≦ β 1b1a ≦ 75 °, or 45 ° ≦ β 2b2a ≦ 75 °.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、前記溝部は、前記F面との間隙寸法がROT方向に向けて徐々に小さくなるようなテーパ状に形成されている。   The invention according to claim 3 is the hydrodynamic bearing device according to claim 1 or 2, wherein, in the pair of dynamic pressure groove rows, the groove portion has a gap dimension with the F surface. It is formed in a tapered shape that gradually decreases in the ROT direction.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記溝部は、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて前記F面との間隙寸法が徐々に小さくなるようなテーパ状に形成されている。   Invention of Claim 4 is a hydrodynamic bearing apparatus in any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising: In said pair of dynamic pressure groove | channel row | line | columns, the said dynamic pressure arrange | positioned at the said output end side at least The groove portion on the groove row side is formed in a tapered shape so that the gap dimension with the F surface gradually decreases toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記溝幅比が、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。   A fifth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to fourth aspects, wherein in the pair of dynamic pressure groove rows, the dynamic pressure disposed at least on the output end side. The groove width ratio on the groove row side is formed so as to gradually decrease toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other.

請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の動圧溝列を構成する溝部の本数Nが、6≦N≦10であり、好ましくは7≦N≦9である。 A sixth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the dynamic pressure is disposed at least on the output end side in the pair of dynamic pressure groove rows. The number N g of the groove portions constituting the dynamic pressure groove array on the groove array side is 6 ≦ N g ≦ 10, and preferably 7 ≦ N g ≦ 9.

請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記スリーブ内半径rと前記シャフト外半径Rとの差である軸受隙間Δ(=R−r)と、前記丘部から前記溝部の底までの平均深さhとの比である溝深さ比h (=h/Δ)が、0.5≦h ≦3.0である。 A seventh aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the dynamic pressure is arranged at least on the output end side in the pair of dynamic pressure groove rows. the ratio of the bearing gap is the difference between the sleeve within a radius r of the groove array side to the shaft outer radius R Δ (= R-r) , the average depth h p from the lands to the bottom of the groove A certain groove depth ratio h * p (= h p / Δ) is 0.5 ≦ h * p ≦ 3.0.

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記丘部は、前記F面との間隙寸法がROT方向に向けて徐々に小さくなるようなテーパ状に形成されている。   The invention according to claim 8 is the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the dynamic pressure disposed at least on the output end side in the pair of dynamic pressure groove rows. The hill portion on the groove row side is formed in a taper shape such that the gap dimension with the F surface gradually decreases in the ROT direction.

請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記ROT方向に向けた前記丘部のテーパ量δと軸受隙間Δとの比δ (=δ/Δ)が、1−cos(θ/2)<δ <1−cos(θ+θ)である。 The invention according to claim 9 is the hydrodynamic bearing device according to claim 8, wherein, in the pair of dynamic pressure groove rows, the dynamic pressure groove row side disposed at least on the output end side. the ratio of the amount of taper [delta] l and bearing clearance delta of the lands toward the ROT direction δ * l (= δ l / Δ) is, 1-cos (θ l / 2) <δ * l <1-cos ( θ l + θ p ).

請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列の、前記ROT方向に見た前記溝部から前記丘部に至る境界部を形成する前記壁面bのコーナが面取りされている。   A tenth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the dynamic pressure is arranged at least on the output end side in the pair of dynamic pressure groove rows. The corner of the wall surface b that forms a boundary portion from the groove portion to the hill portion as viewed in the ROT direction of the groove row is chamfered.

請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記軸受隙間Δが、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて徐々に小さくなるように形成されている。   The invention according to claim 11 is the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 10, wherein the dynamic pressure disposed at least on the output end side in the pair of dynamic pressure groove rows. The bearing gap Δ on the groove row side is formed so as to gradually decrease toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other.

請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の動圧流体軸受装置であって、前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記軸受隙間Δが、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて徐々に小さくなるように形成されている軸受隙間の変化量δΔと前記平均深さhとの比δ Δ(=δΔ/h)が、1/8<δ Δ<1/2、好ましくはδ Δ≒1/3である。 A twelfth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to the eleventh aspect, wherein in the pair of dynamic pressure groove rows, the dynamic pressure groove row side disposed at least on the output end side. bearing clearance delta is, the pair of dynamic pressure groove array the gradually becomes smaller as the bearing gap formed variation [delta] delta and towards the opposite side an average depth h p and the ratio [delta] * delta (= δ Δ / h p ) is 1/8 <δ * Δ <1/2, preferably δ * Δ≈1 / 3.

請求項13に記載の発明は、請求項1乃至12のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記スリーブが、焼結多孔質金属もしくは樹脂の型成型体から構成されている。   A thirteenth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the sleeve is made of a molded body of sintered porous metal or resin.

請求項14に記載の発明は、請求項1乃至13のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、前記溝部および前記丘部が、前記スリーブに形成されている。   The invention according to claim 14 is the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 13, wherein the groove and the hill are formed in the sleeve.

請求項15に記載の発明は、電動式のスピンドルモータであって、回転軸の周囲に配置された界磁用磁石を有するロータ部と、前記界磁用磁石との間で前記回転軸を中心とするトルクを発生する電機子を有すると共に、前記ロータ部を前記回転軸を中心に回転可能に支持するステータ部と、を備え、前記ロータ部および前記ステータ部のいずれか一方が、請求項1乃至14のいずれかに記載の動圧流体軸受装置を構成するスリーブを取り付けて備え、前記ロータ部および前記ステータ部の他方が、前記スリーブに挿入されるシャフトを備える。   The invention according to claim 15 is an electric spindle motor, wherein the rotary shaft is centered between the rotor magnet having a field magnet arranged around the rotary shaft and the field magnet. And a stator part that rotatably supports the rotor part about the rotation shaft, and any one of the rotor part and the stator part comprises: The sleeve which comprises the hydrodynamic bearing apparatus in any one of thru | or 14 is attached, and the other of the said rotor part and the said stator part is provided with the shaft inserted in the said sleeve.

請求項16に記載の発明は、記録ディスク駆動装置であって、ハウジング内に、記録ディスクにデータを読み書きするヘッドと、該ヘッドをディスク面上で移動させるアクチエータと、請求項15に記載されたスピンドルモータとを備える。   The invention described in claim 16 is a recording disk drive device, wherein a head for reading and writing data on the recording disk in the housing, an actuator for moving the head on the disk surface, and A spindle motor.

本発明の請求項1に記載された動圧流体軸受装置は、ラジアル動圧流体軸受装置を構成するシャフト外周面とスリーブ内周面との少なくとも一方の面に、複数の丘と溝で構成されたへリングボーン状の動圧軸受溝が少なくとも一組設けられている。丘部と溝部の比率は、略軸受の中心部で使用する高速回転時にも大きな剛性が得られる最適比率に設定してある。潤滑流体が溝部から丘部の軸受隙間に流入する際に、スクイズ効果によって大きな動圧を発生させるが、軸偏芯が大きい場合には、丘部との軸受隙間が小さいために流入しにくく、潤滑流体は溝内の方を主体に流れやすくなる。特に、溝の傾き角が大きい、すなわち溝が周方向を向いている場合にはその傾向は顕著になるので、圧力は発生しにくくなり回転体は浮上しにくくなる。その結果、起動時の磨耗は激しくなる。請求項1の発明では、偏芯率が大きい場合において、磨耗量が急激に増加する溝傾き角度があることを明らかにし、その傾き以下の溝角度に抑えると共に、適度な大きさの角度は保持しているので高速回転時の安定な回転特性も維持できる。   The hydrodynamic bearing device described in claim 1 of the present invention is composed of a plurality of hills and grooves on at least one of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve constituting the radial hydrodynamic bearing device. At least one pair of herringbone-shaped hydrodynamic bearing grooves is provided. The ratio between the hill portion and the groove portion is set to an optimum ratio that provides a large rigidity even during high-speed rotation used in the central portion of the bearing. When the lubricating fluid flows from the groove into the bearing gap of the hill, a large dynamic pressure is generated by the squeeze effect, but when the shaft eccentricity is large, the bearing gap with the hill is small, so it is difficult to flow in, The lubricating fluid tends to flow mainly in the groove. In particular, when the inclination angle of the groove is large, that is, when the groove is directed in the circumferential direction, the tendency becomes remarkable, so that it is difficult for pressure to be generated and the rotating body is difficult to float. As a result, wear during start-up becomes severe. In the invention of claim 1, when the eccentricity ratio is large, it is clarified that there is a groove inclination angle at which the amount of wear increases rapidly, and the groove angle is kept below that inclination and an appropriate angle is maintained. Therefore, stable rotation characteristics during high-speed rotation can be maintained.

本発明の請求項2に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1の動圧流体軸受装置において、溝を形成する2つの壁面の回転軸に対する傾斜角を異なる角度に設定することによって最適化している。上述の如く、溝から丘にかけての壁面の角度は小さい方が正の動圧が立ちやすく安定化するが、逆に丘から溝に向かう壁面の角度が小さいと負の動圧が発生し、キャビテーションが発生して不安定化しやすい。したがって、溝から丘にかけての壁面の角度は適度に小さくし、逆に丘から溝に向かう壁面の角度は適度に大きくするのが良い。   The hydrodynamic bearing device according to claim 2 of the present invention is optimal in the hydrodynamic bearing device according to claim 1 by setting the inclination angles of the two wall surfaces forming the groove with respect to the rotation axis to different angles. It has become. As described above, the smaller the angle of the wall surface from the groove to the hill, the more stable the positive dynamic pressure is, and the more stable, but conversely, if the angle of the wall surface from the hill to the groove is small, negative dynamic pressure is generated and cavitation occurs. Is likely to cause instability. Therefore, it is preferable that the angle of the wall surface from the groove to the hill is appropriately reduced, and conversely, the angle of the wall surface from the hill to the groove is appropriately increased.

本発明の請求項3に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1または2の動圧流体軸受装置において溝の底部を潤滑流体が流れる方向にテーパ形状にしている。丘部での軸受隙間が狭くてもスムースに丘部に潤滑流体を流し込みやすいので、丘部でのスクイズ効果が発生しやすくなり、低速でも浮上しやすくなる。その結果、磨耗量を低減できる。なお、高速回転時の特性に対しては、溝の断面形状の影響自体は比較的小さい。さらに、オーバーハング構造においては出力端側に荷重が付加し易いので、出力端側の軸受仕様は起動時の最適仕様にし、出力端の反対側は高速回転時仕様にするなど非対称な軸受仕様にすることで、起動時には浮上しやすく、高速回転時には安定回転が得られるさらなる最適化を図ることができる。   The hydrodynamic bearing device according to claim 3 of the present invention is such that, in the hydrodynamic bearing device according to claim 1 or 2, the bottom of the groove is tapered in the direction in which the lubricating fluid flows. Even if the bearing gap at the hill portion is narrow, the lubricating fluid is easily poured smoothly into the hill portion, so that the squeeze effect at the hill portion is likely to occur, and the hill is likely to rise even at a low speed. As a result, the amount of wear can be reduced. It should be noted that the influence of the cross-sectional shape of the groove itself is relatively small for the characteristics during high-speed rotation. Furthermore, in the overhang structure, it is easy to apply a load to the output end side, so the bearing specification on the output end side is the optimum specification at startup, and the opposite side of the output end is the specification at high speed rotation. By doing so, it is possible to achieve further optimization that it is easy to float at the time of start-up and can obtain a stable rotation at the time of high-speed rotation.

本発明の請求項4に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至3のいずれかに記載の動圧流体軸受装置において、へリングボーン状動圧軸受溝の端側から中央部に向けて溝の深さを徐々に浅くして流路面積を狭めることによって、溝内のポンピング効果に伴う流れによる昇圧効果を高めている。請求項2の構造と組み合わせると、さらに昇圧効果は高まるので浮上しやすくなり、起動時の磨耗を減少することができる。   A hydrodynamic bearing device according to a fourth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to third aspects, wherein the herringbone-like hydrodynamic bearing groove is arranged from the end side to the center portion. By gradually decreasing the depth of the groove toward the surface, the flow path area is narrowed, thereby increasing the pressure increasing effect due to the flow accompanying the pumping effect in the groove. When combined with the structure of claim 2, the pressure increasing effect is further enhanced, so that it becomes easy to float and wear at the time of activation can be reduced.

本発明の請求項5に記載された動圧流体軸受装置は請求項1乃至4のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、へリングボーン状動圧軸受溝の端側から中央部に向けて溝幅比を小さくし、流路面積を小さくすることによって、溝内のポンピング効果に伴う流れによる昇圧効果を高めている。請求項4の構造と組み合わせると、さらに昇圧効果は高まるので浮上しやすくなり、起動時の磨耗を減少することができる。   A hydrodynamic bearing device according to a fifth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the center portion is located from the end side of the herringbone-like hydrodynamic bearing groove. By increasing the groove width ratio and reducing the flow path area toward the surface, the pressure increasing effect due to the flow accompanying the pumping effect in the groove is enhanced. When combined with the structure of claim 4, the pressure increasing effect is further enhanced, so that it becomes easy to float and wear at the time of activation can be reduced.

本発明の請求項6に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至5のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、溝の本数を最適な数に設定することで磨耗量を低減できる。   A hydrodynamic bearing device according to a sixth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the wear is achieved by setting the number of grooves to an optimum number. The amount can be reduced.

本発明の請求項7に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至6のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、溝深さ比を適正な値に設定することで起動時の磨耗量を低減する。軸受の中心部で高速回転する場合の最適な溝深さ比は、一般的には軸受隙間と溝深さが同程度、すなわち約1.0程度が良いと言われているが、回転体が軸受壁面に接触している起動時の状態では、溝深さ比が大きくなるほど磨耗量は増加している。そこで、磨耗量が急増する溝深さ比以下に抑え、また高速回転特性が悪化しない溝深さ比以上にすることで、起動時と高速回転時の両方の特性を良好に保つことができる。   A hydrodynamic bearing device according to a seventh aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the groove depth ratio is set to an appropriate value. Reduce wear during startup. The optimum groove depth ratio for high-speed rotation at the center of the bearing is generally said to be the same as the bearing gap and groove depth, that is, about 1.0. In the starting state in contact with the bearing wall surface, the amount of wear increases as the groove depth ratio increases. Therefore, by suppressing the wear amount to a groove depth ratio or less where the amount of wear increases rapidly, and to a groove depth ratio or more that does not deteriorate the high-speed rotation characteristics, it is possible to maintain good characteristics at both startup and high-speed rotation.

本発明の請求項8に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至6のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、丘部の形状を周方向にテーパをつけ、丘部での軸受隙間を回転方向に狭めることによって、スクイズ効果を高めている。軸受の中心部で高速回転する場合の最適な溝深さ比は、前述の如く、一般的には軸受隙間と溝深さが同程度、すなわち約1.0程度が良いと言われているが、回転体が軸受壁面に接触している場所の近傍では、その局部的な軸受隙間は略0であり、局部的な溝深さ比は非常に大きな値になっている。丘部の形状を周方向にテーパをつけるということは、局部的な軸受隙間を大きくして、局部的な溝深さ比を小さくすることにも相当する。   A hydrodynamic bearing device according to an eighth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the shape of the hill portion is tapered in the circumferential direction. The squeeze effect is enhanced by narrowing the bearing gap at the portion in the rotational direction. As described above, the optimum groove depth ratio when rotating at the center of the bearing at a high speed is generally said to be about the same as the bearing gap and the groove depth, that is, about 1.0. In the vicinity of the place where the rotating body is in contact with the bearing wall surface, the local bearing gap is substantially zero, and the local groove depth ratio is a very large value. Tapering the shape of the hill in the circumferential direction also corresponds to increasing the local bearing gap and reducing the local groove depth ratio.

本発明の請求項9に記載された動圧流体軸受装置は、請求項8に記載の動圧流体軸受装置において、具体的な丘部のテーパ量を数値的に示したものである。平滑な面の曲率と、溝と丘を設けた面の接触箇所での曲率とが略同等となり、スムースな潤滑流体の導入が可能となって適切なスクイズ効果を得ることができる。これによって、起動時の磨耗を低減することができる。   A hydrodynamic bearing device according to a ninth aspect of the present invention is a hydrodynamic bearing device according to the eighth aspect, in which a specific taper amount of a hill portion is numerically shown. The curvature of the smooth surface and the curvature at the contact portion of the surface provided with the grooves and hills are substantially the same, so that a smooth lubricating fluid can be introduced and an appropriate squeeze effect can be obtained. As a result, it is possible to reduce wear during startup.

本発明の請求項10に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至9のいずれかに記載の動圧流体軸受装置において、潤滑流体の下流側の溝から丘に至る壁面のコーナを面取りすることによって、潤滑流体が丘部に流入しやすくし、スクイズ効果を」高めるものである。これによって、浮上しやすい、磨耗が少ない軸受を得ることができる。   The hydrodynamic bearing device according to claim 10 of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the corner of the wall surface extending from the groove on the downstream side of the lubricating fluid to the hill is provided. By chamfering, the lubricating fluid can easily flow into the hill and enhance the squeeze effect. As a result, it is possible to obtain a bearing that easily floats and has little wear.

本発明の請求項11に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至10のいずれかに記載の動圧流体軸受装置において、ヘリングボーン状の動圧溝軸受の軸端側の軸受隙間を徐々に広くすることによって、局部的な溝深さ比を小さくし、浮上特性を向上して磨耗特性を改善することができる。   A hydrodynamic bearing device according to an eleventh aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of the first to tenth aspects, wherein the bearing gap on the shaft end side of the herringbone-shaped hydrodynamic groove bearing is provided. By gradually increasing the width, the local groove depth ratio can be reduced, the flying characteristics can be improved, and the wear characteristics can be improved.

本発明の請求項12に記載された動圧流体軸受装置は、請求項11に記載の動圧流体軸受装置において、軸受隙間の軸方向変化量の値を最適化したものであり、摩耗特性の改善度合いのばらつきを抑え、品質を向上することができる。   A hydrodynamic bearing device according to a twelfth aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to the eleventh aspect, in which the value of the axial change in the bearing gap is optimized, Variation in the degree of improvement can be suppressed and quality can be improved.

本発明の請求項13に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至12のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、スリーブを焼結多孔質金属もしくは樹脂で型成型するものであり、焼結多孔質金属及び樹脂は量産性に優れるので、コストダウンが可能である。さらに、耐焼き付き性などの面でも非常に有効である。   A hydrodynamic bearing device according to claim 13 of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 12, wherein the sleeve is molded with a sintered porous metal or resin. Since sintered porous metals and resins are excellent in mass productivity, the cost can be reduced. Furthermore, it is very effective in terms of seizure resistance.

本発明の請求項14に記載された動圧流体軸受装置は、請求項1乃至13のいずれかに記載の動圧流体軸受装置であって、溝及び丘がスリーブに形成されたものであり、焼結多孔質金属などの柔らかい材料で製造すればコイニングなどの加工により凹部を容易に形成することができるのでコストダウンが可能である。   A hydrodynamic bearing device according to claim 14 of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 13, wherein grooves and hills are formed in the sleeve. If manufactured with a soft material such as sintered porous metal, the recesses can be easily formed by a process such as coining, so that the cost can be reduced.

本発明の請求項15に記載された電動式のスピンドルモータは、回転軸の周囲に配置された界磁用磁石を有するロータ部と、界磁用磁石との間で回転軸を中心とするトルクを発生する電機子を有するとともにロータ部を回転軸を中心に回転可能に支持するステータ部と、を備え、ロータ部およびステータ部のいずれか一方が、請求項1乃至14のいずれかに記載の動圧流体軸受装置を構成するスリーブを取り付けて備え、ロータ部およびステータ部の他方が、スリーブに挿入されるシャフトを備えたスピンドルモータであって、起動停止等の低速回転時の摩擦損失や磨耗量は小さく、安定高速回転性能が得られるので信頼性の向上が可能である。   According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an electric spindle motor having a torque centered on the rotating shaft between the rotor portion having the field magnet arranged around the rotating shaft and the field magnet. And a stator part that rotatably supports the rotor part about a rotation axis, and any one of the rotor part and the stator part is according to any one of claims 1 to 14. A spindle motor with a sleeve that constitutes a hydrodynamic bearing device attached, and the other of the rotor part and the stator part having a shaft inserted into the sleeve, and friction loss and wear during low-speed rotation such as starting and stopping Since the amount is small and stable high-speed rotation performance can be obtained, the reliability can be improved.

請求項16に記載の発明は、記録ディスク駆動装置であって、ハウジング内に、記録ディスクにデータを読み書きするヘッドと、該ヘッドをディスク面上で移動させるアクチエータと、請求項15に記載されたスピンドルモータとを備えており、信頼性が高く安価である。   The invention described in claim 16 is a recording disk drive device, wherein a head for reading and writing data on the recording disk in the housing, an actuator for moving the head on the disk surface, and It has a spindle motor and is reliable and inexpensive.

本発明の最良の実施の形態について図を参照しながら説明する。なお、本実施の形態の説明における上下左右などの方向に関する表現はいずれも、特別な記載がある場合を除いて図面上の方向を示している。したがって、実際の実施の方向を制限するものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, expressions relating to directions such as up, down, left, and right indicate directions on the drawing, unless otherwise specified. Therefore, it does not limit the actual direction of implementation.

(第1の実施形態)
図1は、本発明を実施した第1の実施形態にかかわる動圧流体軸受装置6及び動圧流体軸受装置6を備えるスピンドルモータ30の断面図であるが、スピンドルモータ30の回転駆動部分を構成する部材は省略されている。また、断面内の平行斜線表示は省略している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a hydrodynamic bearing device 6 and a spindle motor 30 including the hydrodynamic bearing device 6 according to the first embodiment of the present invention. The members to be omitted are omitted. In addition, the display of parallel diagonal lines in the cross section is omitted.

本発明の動圧流体軸受装置6は、略円柱状のシャフト1と、シャフト1が挿通される略円筒状のスリーブ2と、シャフト1とスリーブ2との間に充填された潤滑流体5を備え、スリーブ2の外径側側面は略カップ状の軸受ハウジング4の内径側側面に取り付けられており、シャフト1の上端部は径方向に延設された天板部3bを有するロータハブ3に取り付けられている。それらで囲まれた空間には、潤滑流体5が満たされている。スリーブ2は焼結多孔質金属製の型成型体である。軸受ハウジング4は、アルミニウム、ステンレス、真鍮、樹脂などで形成される。シャフト1はプレス又は切削によりロータハブ3と一体に形成される。   The hydrodynamic bearing device 6 of the present invention includes a substantially cylindrical shaft 1, a substantially cylindrical sleeve 2 through which the shaft 1 is inserted, and a lubricating fluid 5 filled between the shaft 1 and the sleeve 2. The outer diameter side surface of the sleeve 2 is attached to the inner diameter side surface of the substantially cup-shaped bearing housing 4, and the upper end portion of the shaft 1 is attached to the rotor hub 3 having a top plate portion 3b extending in the radial direction. ing. The space surrounded by them is filled with the lubricating fluid 5. The sleeve 2 is a molded body made of sintered porous metal. The bearing housing 4 is made of aluminum, stainless steel, brass, resin, or the like. The shaft 1 is formed integrally with the rotor hub 3 by pressing or cutting.

なお、スリーブ2と軸受ハウジング4は一体に形成されてもよい。例えば、アルミニウムやステンレス、真鍮などで一体に形成されたり、焼結多孔質体で一体に形成された後、外周面を封孔処理されてもよい。また、スリーブ2は樹脂でインサート成形されてもよい。   The sleeve 2 and the bearing housing 4 may be integrally formed. For example, the outer peripheral surface may be sealed after being integrally formed of aluminum, stainless steel, brass, or the like, or integrally formed of a sintered porous body. The sleeve 2 may be insert-molded with resin.

シャフト1の外周面1aとスリーブ2の内周面2aとは径方向に微少間隙を介して対向している。その径方向の微少間隙には潤滑流体5としてオイルが保持されている。また、スリーブ2の上端面及び軸受ハウジング4の上端面4aは、ロータハブ3の天板部3bの下面3aと軸方向に微少な間隙を介して対向する。その軸方向の微少な間隙には、径方向の微少間隙に保持されているのと同様のオイルが、径方向微少間隙に連続して保持されている。オイルは、スリーブ2の下側に形成された潤滑流体保持部16及びシャフト1の下端部と軸受ハウジング4の底面との間にも連続的に保持されており、こうして軸受ハウジング4内はオイルが途切れなく満たされている。この状態をフルフィル状態という。なお、スリーブ2の外周面には循環溝15が形成されており、スリーブ2の上端面側に形成された前記微小な間隙とスリーブ2の下側に形成された前記潤滑流体保持部16とを連結して、オイルの循環ならびにオイル中に発生した気泡の排出を可能としている。   The outer peripheral surface 1a of the shaft 1 and the inner peripheral surface 2a of the sleeve 2 are opposed to each other via a minute gap in the radial direction. Oil is held as a lubricating fluid 5 in the minute gap in the radial direction. Further, the upper end surface of the sleeve 2 and the upper end surface 4a of the bearing housing 4 face the lower surface 3a of the top plate portion 3b of the rotor hub 3 with a slight gap in the axial direction. In the minute gap in the axial direction, the same oil as that held in the minute radial gap is continuously held in the minute radial gap. The oil is continuously held between the lubricating fluid holding portion 16 and the lower end portion of the shaft 1 formed on the lower side of the sleeve 2 and the bottom surface of the bearing housing 4, and thus the oil is contained in the bearing housing 4. It is filled without interruption. This state is called a full fill state. A circulation groove 15 is formed on the outer peripheral surface of the sleeve 2, and the minute gap formed on the upper end surface side of the sleeve 2 and the lubricating fluid holding portion 16 formed on the lower side of the sleeve 2 are provided. By connecting, it is possible to circulate oil and discharge bubbles generated in the oil.

なお、ロータハブ3は軸受ハウジング4の最外周縁よりも外周に下垂周壁3cを有しており、この下垂周壁3cに取りつけられた抜け止め21の内周面と軸受ハウジング4の外周面との間にオイルと空気との界面17がただ一つ形成される。抜け止め21の内周面と軸受ハウジング4の外周面との間は、軸受の外部に向かうにつれて広げられるテーパ形状にされており、オイルが軸受外部に漏れ出すことが防がれている。また、軸受ハウジング4の外周面には周方向に段差が設けられ、ロータハブ3の下垂周壁3cに設けられた抜け止め21がその段差に対向して、シャフト1とスリーブ2の軸方向の一定以上の移動が規制される。   The rotor hub 3 has a hanging wall 3 c on the outer periphery of the outermost peripheral edge of the bearing housing 4. Between the inner circumferential surface of the retaining member 21 attached to the hanging wall 3 c and the outer circumferential surface of the bearing housing 4. Only one interface 17 between the oil and air is formed. The space between the inner peripheral surface of the retaining member 21 and the outer peripheral surface of the bearing housing 4 is tapered so as to expand toward the outside of the bearing, and oil is prevented from leaking out of the bearing. Further, a step is provided in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the bearing housing 4, and a retaining member 21 provided on the lower peripheral wall 3 c of the rotor hub 3 faces the step so that the shaft 1 and the sleeve 2 have a certain axial direction or more. Movement is restricted.

シャフト1がスリーブ2に対して回転されると、径方向微少間隙に保持されているオイルがシャフト1の外周面とスリーブ2の内周面との間で動圧を発生させ、ラジアル(径方向)の荷重支持圧が発生する。こうしてラジアル動圧流体軸受装置6が形成される。また、同様にシャフト1がスリーブ2に対して回転されると、軸方向微少間隙に保持されているオイルが軸受ハウジング4上端面と天板部3bの下面との間で動圧を発生させ、スラスト(軸方向)の荷重支持圧が発生する。こうしてスラスト動圧流体軸受装置13が形成される。   When the shaft 1 is rotated with respect to the sleeve 2, the oil held in the minute radial gap generates dynamic pressure between the outer peripheral surface of the shaft 1 and the inner peripheral surface of the sleeve 2, and radial (radial direction) ) Is generated. Thus, the radial dynamic pressure fluid bearing device 6 is formed. Similarly, when the shaft 1 is rotated with respect to the sleeve 2, the oil held in the minute axial gap generates dynamic pressure between the upper end surface of the bearing housing 4 and the lower surface of the top plate portion 3b, Thrust (axial direction) load support pressure is generated. Thus, the thrust hydrodynamic bearing device 13 is formed.

図2は、本発明に従うラジアル動圧流体軸受装置6の第1の実施形態を拡大して示す拡大断面図であり、図3は、図2からシャフト1の記載を割愛することにより、スリーブ2の内面構造を見やすくした図である。図4は、スリーブ2を切り開いて展開した模式図である。また図5は、スリーブ2の回転軸線直角方向の簡略部分断面図である。これらの図において、断面内の平行斜線表示は省略している。この実施形態では、図2に示すとおり、シャフト1は外形が円筒状であり、その一端から他端まで実質上同一形状に形成され、矢印14の方向に回転する。この回転に伴い潤滑流体5も同じ方向に回転流動するので、静止しているスリーブ2の内周面2a(G面)を基準にした潤滑流体5の相対流動回転方向(ROT方向)は、シャフト1の回転方向と同じく矢印14の方向となる。そして図3に示すとおり、スリーブ2の内周面2a(G面)には、動圧を発生させる溝が中間部で折り返して“V”字のような形状をなすヘリングボーン状の動圧軸受溝が設けられている。図4に示すとおり、シャフト1の外周面1a(F面)との径方向隙間が大きい溝部10(着色して表示)と、シャフト1との径方向隙間が小さい丘部12とが、周方向に交互に6組繰り返し配設され、潤滑流体5の相対回転方向(ROT方向)14から見て丘部12の下流端と溝部10の上流端の境界部には壁面11aが形成され、溝部10の下流側と丘部12の上流側の境界部には壁面11bが形成されている。シャフト1の回転によって、潤滑流体5は、軸受部の両側にある潤滑流体保持部16側から“V”字状に対向させた動圧軸受溝の中央部に集まるように構成されている。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the first embodiment of the radial hydrodynamic bearing device 6 according to the present invention in an enlarged manner, and FIG. 3 omits the description of the shaft 1 from FIG. It is the figure which made it easy to see the inner surface structure of. FIG. 4 is a schematic view in which the sleeve 2 is cut open and developed. FIG. 5 is a simplified partial sectional view of the sleeve 2 in the direction perpendicular to the rotation axis. In these drawings, the display of parallel oblique lines in the cross section is omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the shaft 1 has a cylindrical outer shape, is formed in substantially the same shape from one end to the other end, and rotates in the direction of the arrow 14. With this rotation, the lubricating fluid 5 also rotates and flows in the same direction, so the relative flow rotation direction (ROT direction) of the lubricating fluid 5 with respect to the inner peripheral surface 2a (G surface) of the stationary sleeve 2 is the shaft. The direction of the arrow 14 is the same as the direction of rotation 1. As shown in FIG. 3, on the inner circumferential surface 2a (G surface) of the sleeve 2, a herringbone-shaped hydrodynamic bearing in which a groove for generating dynamic pressure is folded back at an intermediate portion to form a "V" shape. Grooves are provided. As shown in FIG. 4, a groove portion 10 (colored and displayed) having a large radial clearance with the outer peripheral surface 1a (F surface) of the shaft 1 and a hill portion 12 having a small radial clearance with the shaft 1 are circumferentially arranged. The wall surface 11a is formed at the boundary portion between the downstream end of the hill portion 12 and the upstream end of the groove portion 10 when viewed from the relative rotation direction (ROT direction) 14 of the lubricating fluid 5 alternately. A wall surface 11b is formed at the boundary between the downstream side of the hill and the upstream side of the hill portion 12. By the rotation of the shaft 1, the lubricating fluid 5 is configured to gather at the center portion of the dynamic pressure bearing groove facing the “V” shape from the lubricating fluid holding portion 16 side on both sides of the bearing portion.

図4に示すように、溝部10が回転軸となす角度は平均的にβであるが,詳細には場所によって異なっている。上部側の溝の壁面11aと回転軸がなす角度はβ1a、上部側の溝の壁面11bとなす角度はβ1b、下部側の溝の壁面11aと回転軸がなす角度はβ2a、下部側の溝の壁面11bとなす角度はβ2bであり、45°≦β1b<β1a≦75°、または45°≦β2b<β2a≦75°を満足するようにしてあり、本実施例では、β1a=β2a=62°、β1b=β2b=50°に設定している。このように設定することで、丘部でのスクイズ効果と溝部内部でのポンピング効果を高めることができる。 As shown in FIG. 4, the angle formed by the groove 10 and the rotation axis is β on average, but the details differ depending on the location. The angle between the wall surface 11a of the upper groove and the rotation axis is β 1a , the angle between the wall surface 11b of the upper groove and β 1b is the angle between the wall surface 11a of the lower groove and the rotation axis is β 2a , the lower side The angle formed with the wall surface 11b of the groove is β 2b so that 45 ° ≦ β 1b1a ≦ 75 ° or 45 ° ≦ β 2b2a ≦ 75 ° is satisfied. , Β 1a = β 2a = 62 ° and β 1b = β 2b = 50 °. By setting in this way, the squeeze effect in the hill and the pumping effect in the groove can be enhanced.

また、溝部の周方向巾角度θと丘部の周方向幅角度θの占める割合を示す溝幅比θ (=θ/(θ+θ))は、全体では0.4≦θ ≦0.6に入っており平均的に0.5にしているが、溝の壁面11a、11bの傾き角の差に伴い、入り口部は広く奥側は狭い、即ち入り口側の溝巾比は大きく、奥側に向けて溝巾比が徐々に小さくなる溝形状にしている。なお、図6に示すように、溝の壁面11a、11bの傾き角を同一とし、溝巾比を一定にし、V字の折り返し部を中心として対称な単純形状にしても良いし、V字の折り返し部を境に、溝角度も溝幅比も変えた非対称形状にしても良い。 Further, the groove width ratio θ * p (= θ p / (θ l + θ p )) indicating the ratio of the circumferential width angle θ p of the groove portion and the circumferential width angle θ l of the hill portion is 0.4 as a whole. ≦ θ * p ≦ 0.6 and average 0.5, but with the difference in inclination angle of the wall surfaces 11a and 11b of the groove, the entrance portion is wide and the back side is narrow, that is, the entrance side The groove width ratio is large, and the groove width ratio gradually decreases toward the back side. As shown in FIG. 6, the wall surfaces 11a and 11b of the grooves may have the same inclination angle, the groove width ratio may be constant, and a symmetric simple shape centered on the V-shaped folded portion may be used. An asymmetrical shape in which the groove angle and the groove width ratio are changed at the folded portion may be used.

なお、本実施形態では、平滑な外周表面を持つシャフト1が回転するので、シャフト1、潤滑流体5の実際の回転方向及び、静止しているスリーブ2を基準とした潤滑流体5の相対的回転方向14は、皆同じ方向を向いているが、例えば、溝が形成されたスリーブ2が回転する場合には、スリーブ2を基準とした潤滑流体5の相対的な流動回転方向14は異なってくるので注意する必要がある。また、本実施形態では、溝本数を6本としたが、これに限定されるものではなく、7本、8本、9本、あるいは10本でも良い。特に、7本、8本、9本が良い。また、本実施形態では、1対の動圧溝列は中央で溝同士が連結した構造としたが、その中間部に周状の丘を配置して、2つの動圧溝列が分離されていても良い。溝数が8本で、1対の動圧溝列の中間部に周状の丘を配置して2つの動圧溝列が分離された構造の例を、図7に示す。   In the present embodiment, since the shaft 1 having a smooth outer peripheral surface rotates, the actual rotation direction of the shaft 1 and the lubricating fluid 5 and the relative rotation of the lubricating fluid 5 with respect to the stationary sleeve 2 are used. The directions 14 are all directed in the same direction. However, for example, when the sleeve 2 in which the groove is formed rotates, the relative flow rotation direction 14 of the lubricating fluid 5 with respect to the sleeve 2 is different. So be careful. In this embodiment, the number of grooves is six, but the number of grooves is not limited to this, and may be seven, eight, nine, or ten. In particular, 7, 8, and 9 are good. In the present embodiment, the pair of dynamic pressure groove rows has a structure in which the grooves are connected to each other at the center. However, a circumferential hill is arranged in the middle portion to separate the two dynamic pressure groove rows. May be. FIG. 7 shows an example of a structure in which the number of grooves is 8, and a circumferential hill is arranged in the middle of a pair of dynamic pressure groove rows to separate the two dynamic pressure groove rows.

次に、溝部10と丘部12の形状について、図8、図9及び図10を参照して説明する。図8、図9及び図10は、溝部10と丘部12を通る高さ位置における回転軸に直角な面で切った横断面図であり、溝部10と丘部12とシャフト1の一部を示す模式拡大図である。通常の運転状態であるスリーブ2の略中心位置で高速回転する場合の動圧流体軸受装置6のラジアル剛性は等方性となり、シャフト1を確実に支持することができる。   Next, the shape of the groove part 10 and the hill part 12 is demonstrated with reference to FIG.8, FIG.9 and FIG.10. 8, 9, and 10 are cross-sectional views taken along a plane perpendicular to the rotation axis at a height position passing through the groove 10 and the hill portion 12, and the groove portion 10, the hill portion 12, and a part of the shaft 1 are illustrated. It is a model enlarged view shown. The radial rigidity of the hydrodynamic bearing device 6 when rotating at a high speed at the approximate center position of the sleeve 2 in a normal operation state is isotropic, and the shaft 1 can be reliably supported.

本実施形態においては、丘部12は、スリーブ2の内周面2aと同一面であり、シャフト1の外周面との隙間が一様になる円弧状の面を構成している。丘部12の周面とシャフト1の外周面との間隔Δは小さく、たとえば0.003mm程度に設定される。丘部12の周面は、相互に協働して円筒状の支持面を規定し、これらの支持面が潤滑流体5を介してシャフト1を回転自在に支持する。   In the present embodiment, the hill portion 12 is the same surface as the inner peripheral surface 2 a of the sleeve 2, and constitutes an arcuate surface in which the gap with the outer peripheral surface of the shaft 1 is uniform. The interval Δ between the peripheral surface of the hill portion 12 and the outer peripheral surface of the shaft 1 is small, for example, set to about 0.003 mm. The peripheral surface of the hill portion 12 cooperates with each other to define cylindrical support surfaces, and these support surfaces support the shaft 1 via the lubricating fluid 5 so as to be rotatable.

また、溝部10は、スリーブ2の内周面2aから径方向に凹んだ形状をしている。溝部10の底面と丘部12の上面との距離hは、上記Δの数分の一から数倍の大きさ、たとえば0.0015mm〜0.009mm程度に設定される。溝部10の周面は、潤滑流体5の相対回転方向14に見た溝部10の下流端から丘部12の上流端にかけて、シャフト1に徐々に近接するようなテーパ形状であって、丘部12と滑らかに接続されても良いし(図8)、加工がしやすいように、シャフト1との間隔が一様となる同心円形状であって、丘部と階段状に接続されても良い(図9)。さらに、溝の壁面11bのコーナが面取りされていると、なお良い(図10)。なお、この場合においても、溝の平均的深さとの溝深さ比h (=h/Δ)が、0.5≦h ≦3.0を満足するように設定している。 Further, the groove portion 10 has a shape recessed in the radial direction from the inner peripheral surface 2 a of the sleeve 2. Distance h p of the upper surface of the bottom and the lands 12 of the groove 10, a fraction of several times the size of the delta, is set to, for example, about 0.0015Mm~0.009Mm. The circumferential surface of the groove portion 10 is tapered so as to gradually approach the shaft 1 from the downstream end of the groove portion 10 to the upstream end of the hill portion 12 as viewed in the relative rotation direction 14 of the lubricating fluid 5. (Fig. 8), or concentric circles with a uniform spacing from the shaft 1 to facilitate processing, and may be connected to the hills and steps (Fig. 8). 9). Furthermore, it is even better if the corner of the wall surface 11b of the groove is chamfered (FIG. 10). Even in this case, the groove depth ratio h * p (= h p / Δ) to the average groove depth is set so as to satisfy 0.5 ≦ h * p ≦ 3.0. .

潤滑流体5の流れに沿って、軸受内の圧力発生状態を説明する。前述の如く、シャフト1が矢印14で示す方向に相対的に回転すると、スリーブ2とシャフト1との間に介在された潤滑流体5も矢印14で示す方向に回転流動する。この実施形態では、シャフト1の外周面との間隔が広い溝部から、間隔が狭い丘部に向けて流動することによってスクイズ効果で潤滑流体5の圧力が高められ、シャフト1を回転自在に支持する。一方、シャフト1の相対的回転によって、潤滑流体5が次に丘部から溝部に流動すると、丘部12において高められた潤滑流体5の圧力は解放されて丘部12と溝部10との境界部位にて潤滑流体5の圧力は著しく低下する。そして負圧力が発生すると、潤滑流体5の潤滑膜が破断され、膜状態が不安定となり、非再現性ランアウト、ラジアル剛性の低下の原因となる。   A pressure generation state in the bearing will be described along the flow of the lubricating fluid 5. As described above, when the shaft 1 relatively rotates in the direction indicated by the arrow 14, the lubricating fluid 5 interposed between the sleeve 2 and the shaft 1 also rotates and flows in the direction indicated by the arrow 14. In this embodiment, the pressure of the lubricating fluid 5 is increased by the squeeze effect by flowing from the groove portion having a wide interval with the outer peripheral surface of the shaft 1 toward the hill portion having a small interval, and the shaft 1 is rotatably supported. . On the other hand, when the lubricating fluid 5 next flows from the hill portion to the groove portion due to the relative rotation of the shaft 1, the pressure of the lubricating fluid 5 raised in the hill portion 12 is released, and the boundary portion between the hill portion 12 and the groove portion 10. The pressure of the lubricating fluid 5 is significantly reduced. When negative pressure is generated, the lubricating film of the lubricating fluid 5 is broken, and the film state becomes unstable, causing non-reproducible run-out and reduction in radial rigidity.

また、溝部10、及び丘部12は、シャフト1の回転によって潤滑流体5が潤滑流体保持部16側からヘリングボーン状の動圧軸受溝の中央部側に押し込まれる方向に、回転軸方向に対してβ、βだけ傾斜しているので、ポンピング効果によってより以上に動圧軸受溝の中央側の圧力は高くなる。そして、前述の如く、本実施形態においては、動圧軸受溝の中央部側に向けて溝幅比を徐々に小さくすることで、溝内での圧力向上を図っている。 Further, the groove portion 10 and the hill portion 12 are arranged so that the lubricating fluid 5 is pushed from the lubricating fluid holding portion 16 side into the central portion side of the herringbone-shaped dynamic pressure bearing groove by the rotation of the shaft 1 with respect to the rotation axis direction. Te beta 1, so inclined by beta 2, the pressure on the center side of the hydrodynamic bearing groove than more by the pumping effect is increased. As described above, in this embodiment, the groove width ratio is gradually reduced toward the center of the hydrodynamic bearing groove to improve the pressure in the groove.

さらに加えて、本実施形態では、動圧軸受溝の中央側に向けて溝深さも徐々に浅くすることで溝内の圧力を高めている。図11は溝部の中央部を溝の傾きに沿って切った縦断面図であり、溝部10と丘部12とシャフト1の一部を示す模式拡大図である。図11に示すように、溝深さはV字の折り返し点がもっとも浅くなるように、両側からテーパ状に溝深さが浅くなるような溝形状にしている。なお、この溝深さのテーパは潤滑流体5を軸受部内に保持する機能を強めるために、潤滑流体5の界面17に近い上部側の溝列部のみに設けても良い。   In addition, in this embodiment, the pressure in the groove is increased by gradually decreasing the groove depth toward the center of the hydrodynamic bearing groove. FIG. 11 is a longitudinal sectional view in which the central portion of the groove portion is cut along the inclination of the groove, and is a schematic enlarged view showing the groove portion 10, the hill portion 12, and a part of the shaft 1. As shown in FIG. 11, the groove depth is tapered such that the groove depth becomes tapered from both sides so that the V-shaped turn-back point is the shallowest. The groove depth taper may be provided only in the upper groove row portion close to the interface 17 of the lubricating fluid 5 in order to enhance the function of holding the lubricating fluid 5 in the bearing portion.

ここで、本発明の主要点の一つである起動停止時の動圧型軸受の特性について検討する。ヘリングボーン型や多円弧型に代表される動圧流体軸受は、動圧を発生させるために周方向の軸受間隙は不連続になっており、例えば本実施例の如く、スリーブ2には不連続な凹部が形成されている。通常の使用状態では、高速回転によって生じる動圧によってシャフト1は浮上し、スリーブ2の略中心位置に保持されて回転するために、これらの凹部による周方向の軸受特性の方向性は無視される程小さいが、特に回転体を水平に置き、シャフト1の重力がスリーブ2の内壁面方向に付加した接触状態から起動する場合には、起動開始時の凹部との接触状態によって、起動特性が大きく変化するであろうことが予想できる。また、停止時の特性についても同様に、凹部の形状及び位相と重力の方向との影響を考慮する必要がある。   Here, the characteristics of the dynamic pressure type bearing at the time of starting and stopping, which is one of the main points of the present invention, will be examined. In the hydrodynamic bearing represented by the herringbone type and the multi-arc type, the bearing gap in the circumferential direction is discontinuous in order to generate dynamic pressure. For example, as in this embodiment, the sleeve 2 is discontinuous. Recesses are formed. In a normal use state, the shaft 1 floats due to the dynamic pressure generated by the high-speed rotation and rotates while being held at a substantially central position of the sleeve 2. Therefore, the directionality of the circumferential bearing characteristics by these concave portions is ignored. In particular, when starting from a contact state in which the rotating body is placed horizontally and the gravity of the shaft 1 is applied in the direction of the inner wall surface of the sleeve 2, the start-up characteristics are large depending on the contact state with the recess at the start of start-up. You can expect it to change. Similarly, for the characteristics at the time of stopping, it is necessary to consider the influence of the shape and phase of the recess and the direction of gravity.

次に、上述した第1の形態の動圧流体軸受装置6における溝部10と丘部12の効果を、解析モデルを用いた数値解析によって確認した結果を詳述する。起動停止時におけるシャフト1とスリーブ2との固体接触及び潤滑流体5が介在した境界潤滑状態などの過渡的な挙動も詳細に解析できるように、動圧流体軸受装置6の特性は、有限要素法によって、平均流れレイノルズ方程式と軸受表面における微細な凹凸部の弾塑性変形を考慮した圧力方程式をたてて、回転体の運動方程式と連立することによって求めた。なお、数値解析は、周方向及び軸線方向に各々数10分割して詳細に行った。   Next, the results of confirming the effects of the groove portion 10 and the hill portion 12 in the hydrodynamic bearing device 6 of the first embodiment described above by numerical analysis using an analysis model will be described in detail. The hydrodynamic bearing device 6 is characterized by a finite element method so that transient behavior such as solid contact between the shaft 1 and the sleeve 2 at the start and stop and the boundary lubrication state in which the lubricating fluid 5 is interposed can be analyzed in detail. Thus, the average flow Reynolds equation and the pressure equation taking into account the elasto-plastic deformation of the fine irregularities on the bearing surface were established, and were obtained by simultaneous equations with the equation of motion of the rotating body. The numerical analysis was performed in detail by dividing it into several tens in the circumferential direction and the axial direction.

この数値解析のモデルと記号を既出図4、図5で説明する。解析のモデルにおいて、V字状の溝は全て同一であり、V字の頂点位置に対して対称形をしている。溝部10の周方向角度をθ、丘部12の周方向角度をθ、これら1ピッチ分の周方向角度を2θ(=θ+θ)とした。また、回転軸に対する溝の傾き角度の鋭角側がβ(=β=β=β1a=β1b=β2a=β2b)である。なお、この数値解析においては、シャフト1の直径を2.5mm、動圧流体軸受装置部の軸線方向の幅を2.5mm、丘部12の内周面とシャフト1の外周面との間隔Δを0.0025mm、溝部10の周面とシャフト1の外周面との間隔hを0.0050mm、溝本数Ngを6本とした組み合わせを基準値として、それらの値をベースにパラメータサーベイを行った。また潤滑流体5の油粘性係数を0.013Pa・sとした。 The numerical analysis model and symbols will be described with reference to FIGS. In the analysis model, all the V-shaped grooves are the same, and are symmetrical with respect to the vertex position of the V-shape. The circumferential angle of the groove 10 was θ p , the circumferential angle of the hill portion 12 was θ l , and the circumferential angle for one pitch was 2θ (= θ p + θ l ). Further, the acute angle side of the inclination angle of the groove with respect to the rotation axis is β (= β 1 = β 2 = β 1a = β 1b = β 2a = β 2b ). In this numerical analysis, the diameter of the shaft 1 is 2.5 mm, the width in the axial direction of the hydrodynamic bearing device is 2.5 mm, and the distance Δ between the inner peripheral surface of the hill portion 12 and the outer peripheral surface of the shaft 1. the go 0.0025 mm, 0.0050Mm spacing h p of the circumferential surface and the outer circumferential surface of the shaft 1 of the groove 10, as a reference value the combination of the six grooves number Ng, based on those values parameters survey It was. The oil viscosity coefficient of the lubricating fluid 5 was 0.013 Pa · s.

図12は、起動後の低速回転域における無次元摩擦損失を解析した結果である。ヘリングボーン軸受(以下、HB)は低速回転域での動圧が小さいためになかなか浮上できず、約200rpmでようやく浮上し始めて、摩擦損失が低減していくことがわかる。このため、低速度域での摩擦損失は大きくなり、磨耗量も多くなる。   FIG. 12 shows the result of analysis of dimensionless friction loss in the low-speed rotation region after startup. It can be seen that the herringbone bearing (hereinafter referred to as “HB”) cannot easily rise due to the low dynamic pressure in the low-speed rotation region, and finally starts to rise at about 200 rpm, and the friction loss is reduced. For this reason, the friction loss in a low speed region becomes large and the amount of wear also increases.

図13は、起動時及び停止時におけるスリーブの無次元磨耗量V を計算した結果であり、溝部の周方向角度比θ に対する変化を図示している。無次元磨耗量V は、溝部の周方向角度比θ が大きくなる程、増加する傾向にある。高速安定回転に対する最適θ が約0.5であることを考慮すると、0.4≦θ ≦0.6が好ましいと言える。 FIG. 13 shows the result of calculating the dimensionless wear amount V * W of the sleeve at the time of start and stop, and shows the change with respect to the circumferential angle ratio θ * p of the groove. The dimensionless wear amount V * W tends to increase as the circumferential angle ratio θ * p of the groove portion increases. Considering that the optimum θ * p for high-speed stable rotation is about 0.5, it can be said that 0.4 ≦ θ * p ≦ 0.6 is preferable.

図14は、溝部の回転軸に対する傾斜角βとスリーブの無次元磨耗量V の関係を計算した結果である。傾斜角度βが70°を超えると急激に無次元磨耗量V は増加する。これは、溝部と丘部の方向がほとんど潤滑流体の流れ方向(ROT方向)と一致してしまうために、潤滑流体が溝部から丘部に流れ込むことによるスクイズ効果がほとんど得られなくなることを意味している。また、軸受隙間と溝深さの比率である溝深さ比h (=h/Δ)をパラメータにしているが、基本的には同様な傾向であり、溝深さ比h が大きくなるほど、ベースとなる磨耗量、および磨耗量の増加率は大きくなる。図15は、高速回転時における溝部の傾斜角βと軸受剛性Kxxの関係を計算した結果である。軸受剛性を最大にする傾斜角度βが40°近辺にあり、傾斜角度βを小さくし過ぎると軸受剛性は低下してしまうことがわかる。また、溝部の傾斜角度βが小さくなると、溝と丘の間の壁が潤滑流体の流れを堰き止めるようになるので、高速回転時の軸損は増加する。したがって溝部の傾斜角βを小さくし過ぎるのは好ましくなく、高速回転時の特性も考慮して、溝角度βは45°≦β≦75°にするのが良いと言える。 FIG. 14 shows the calculation result of the relationship between the inclination angle β with respect to the rotation axis of the groove and the dimensionless wear amount V * W of the sleeve. When the inclination angle β exceeds 70 °, the dimensionless wear amount V * W increases rapidly. This means that the direction of the groove and the hill almost coincides with the flow direction (ROT direction) of the lubricating fluid, so that the squeeze effect due to the lubricating fluid flowing into the hill from the groove can hardly be obtained. ing. In addition, the groove depth ratio h * p (= h p / Δ), which is the ratio of the bearing clearance to the groove depth, is used as a parameter, but basically the same tendency is found, and the groove depth ratio h * p The larger the is, the larger the base wear amount and the increase rate of the wear amount. FIG. 15 shows the calculation result of the relationship between the groove inclination angle β and the bearing stiffness K xx during high-speed rotation. It can be seen that the inclination angle β that maximizes the bearing rigidity is in the vicinity of 40 °, and that if the inclination angle β is too small, the bearing rigidity decreases. Further, when the inclination angle β of the groove portion decreases, the wall between the groove and the hill blocks the flow of the lubricating fluid, so that the axial loss during high-speed rotation increases. Therefore, it is not preferable to make the inclination angle β of the groove portion too small, and it can be said that the groove angle β should be 45 ° ≦ β ≦ 75 ° in consideration of characteristics during high-speed rotation.

図16は、溝角度βを70°に固定した状態で、溝深さ比h とスリーブの無次元磨耗量V の関係を計算した結果である。溝深さ比は、軸受隙間を一定にして溝深さを変えて解析した。シャフトが丘部上面に接触しているような状態であり、潤滑流体は溝部からその隙間には流入しにくく、スクイズ効果が得られにくい。したがって、磨耗量を抑えるためには、溝は浅い方が良く、また、シャフト外径の曲率とスリーブ内径の曲率、および丘と溝のプロファイルで決まる接触時における動的な軸受隙間と、略同じ程度の溝深さにするのが良いことがわかる。図17は、溝深さh と高速回転状態における軸損の関係を解析した結果である。このように、溝深さが浅すぎる場合には、高速回転時の軸損が増加すること、並びにハーフスピードホワールという振れ回り振動が発生しやすいことを考慮し、0.5≦h ≦3.0にするのが良いと言える。 FIG. 16 shows the result of calculating the relationship between the groove depth ratio h * p and the dimensionless wear amount V * W of the sleeve with the groove angle β fixed at 70 °. The groove depth ratio was analyzed by changing the groove depth while keeping the bearing gap constant. The shaft is in contact with the upper surface of the hill portion, and the lubricating fluid does not easily flow into the gap from the groove portion, and it is difficult to obtain a squeeze effect. Therefore, in order to reduce the amount of wear, it is better that the groove is shallow, and it is substantially the same as the dynamic bearing clearance at the time of contact determined by the curvature of the shaft outer diameter and the sleeve inner diameter, and the profile of the hill and groove. It can be seen that it is better to make the groove depth to a certain extent. FIG. 17 shows the result of analyzing the relationship between the groove depth h * p and the axial loss in the high-speed rotation state. In this way, when the groove depth is too shallow, 0.5 ≦ h * p ≦≦ in consideration of an increase in axial loss during high-speed rotation and a tendency to generate a whirling vibration of half-speed whirl. It can be said that 3.0 is good.

本計算結果が示唆することをより具体的に示す。溝から丘への立ち上がり部が真下にあり、その点においてシャフトが接触している場合を考えると、第一の領域である溝側は、スリーブ内壁面とシャフトの外壁面は楔状になっているものの、溝があるためにその隙間は大きく潤滑流体のスクイズ効果は発生しない。次に第二の領域である丘側は、丘部表面とシャフトの外表面のなす隙間が周方向に拡大するので、スクイズ効果によって負圧が発生し、逆にシャフトはスリーブ側に引き寄せられる。したがって、浮上力を得るためには、第一の領域である溝部から、シャフトの外表面と丘部が接触している箇所を通過して、第二の領域であるシャフトの外表面と丘部の隙間に潤滑流体を流し込む機能を活性化するか、もしくは第二の領域での負圧力の発生を防止し、逆にこの領域で浮上力を発生させる工夫をするのが良いということを意味する。   This calculation result suggests more specifically. Considering the case where the rising part from the groove to the hill is directly below and the shaft is in contact at that point, the groove side, which is the first region, has a wedge-shaped sleeve inner wall surface and shaft outer wall surface However, since there is a groove, the gap is large and the squeeze effect of the lubricating fluid does not occur. Next, on the hill side, which is the second region, the gap formed by the hill surface and the outer surface of the shaft expands in the circumferential direction, so that negative pressure is generated by the squeeze effect, and conversely, the shaft is drawn toward the sleeve side. Therefore, in order to obtain levitation force, the outer surface of the shaft and the hill part which is the second region are passed from the groove part which is the first region through the place where the outer surface of the shaft is in contact with the hill part. This means that it is better to activate the function of injecting the lubricating fluid into the gap or prevent the generation of negative pressure in the second area, and conversely generate levitation force in this area .

前者の方法としては、丘部のエッジをとる方法、溝の底をテーパにする方法、溝の傾斜角を適度に選択して、3次元的に解消する方法がある。   As the former method, there are a method of taking the edge of the hill, a method of tapering the bottom of the groove, and a method of eliminating three-dimensionally by appropriately selecting the inclination angle of the groove.

後者の方法としては、丘部を周方向にテーパにして周方向に拡大するような隙間形状を形成しないという方法がある。即ち、丘部から溝部に移るコーナ部でのシャフト外表面と丘部との間隔はΔ(1−cosθ)であるから、丘部の周方向にこれだけのテーパを与えれば、シャフトの外表面と丘面は同心面となるので、周方向に拡大するような隙間形状は形成されなくなる。実際には、このテーパ付与によってシャフト外表面とスリーブ内面との接触位置も変化するので、より少ないテーパ量でも効果が得られる。また、大き過ぎるテーパは、本来のヘリングボーン軸受としての特性自体を損なうことになる。したがって適度なテーパ範囲として、次のような範囲が選定できる。すなわち、少なくとも丘部の幅の半分から上記の効果を発生させるという下限値と、丘溝の1ピッチ全体がテーパになると高速回転時の軸受特性への影響が大きくなるという上限値から、ROT方向に向けた丘部の周方向テーパ量δと軸受隙間Δとの比δ (=δ/Δ)は、
1−cos(θ/2)<δ <1−cos(θ+θ
にあるのが良いと言える。
As the latter method, there is a method in which a hill portion is tapered in the circumferential direction and a gap shape that expands in the circumferential direction is not formed. That is, since the interval between the outer surface of the shaft and the hill portion at the corner portion that moves from the hill portion to the groove portion is Δ (1-cos θ l ), if such a taper is given in the circumferential direction of the hill portion, the outer surface of the shaft Since the hill surface is concentric, a gap shape that expands in the circumferential direction is not formed. Actually, since the contact position between the outer surface of the shaft and the inner surface of the sleeve is changed by this taper application, the effect can be obtained even with a smaller taper amount. In addition, an excessively large taper impairs the characteristics of the original herringbone bearing. Accordingly, the following range can be selected as an appropriate taper range. That is, from the lower limit value that causes the above effect to be generated from at least half the width of the hill portion and the upper limit value that the influence on the bearing characteristics during high-speed rotation increases when one entire pitch of the hill groove is tapered, the ROT direction the ratio of the circumferential taper amount [delta] l and bearing clearance delta of lands δ * l (= δ l / Δ) towards,
1-cos (θ l / 2) <δ * l <1-cos (θ l + θ p )
It can be said that it is good.

図18は、溝の本数とスリーブの無次元磨耗量V の関係を計算した結果である。溝深さ比h =2.0、溝角度は磨耗量が急増する直前のβ=70°における解析であるため、あまり際立った差異にはなっていないが、溝本数Nによって磨耗量は変動し、8本の時に磨耗量は最小となる。高速回転時の特性および量産加工性も考慮し、溝本数Nは、6≦N≦10、好ましくは7≦N≦9が良いといえる。 FIG. 18 shows the result of calculating the relationship between the number of grooves and the dimensionless wear amount V * W of the sleeve. Groove depth ratio h * p = 2.0, since the groove angle is an analysis of beta = 70 ° just before the amount of wear increases rapidly, but not in a very distinctive differences, the amount of wear by the number of grooves N g Fluctuates, and the wear amount is minimum when the number is eight. Considering characteristics during high-speed rotation and mass production processability, it can be said that the number of grooves N g is preferably 6 ≦ N g ≦ 10, preferably 7 ≦ N g ≦ 9.

図19は、回転軸方向のスリーブ内径のテーパ量とスリーブの無次元磨耗量V の関係を計算した結果である。本解析のモデルはこれまでのものと異なっており、シャフトの直径は2.5mm、スリーブの軸線方向の幅は4.8mmと長く、上下にヘリングボーン型ラジアル動圧軸受があり、丘部の内周面とシャフトの外周面との間隔Δが0.00275mm、溝部10の周面とシャフト1の外周面との間隔hは0.0015mmと浅く、即ち、溝部深さ比は0.55と小さくしてある。また、溝本数Ngは上下軸受共に6本である。本解析は、出力端側である上部軸受に対して、ヘリングボーン溝の折り返し部から上部の開口部まで、溝深さは一定のまま、徐々にスリーブ内径を拡大することによって軸受隙間を大きくした、軸受隙間のテーパ状変化量δΔとスリーブの無次元磨耗量V の関係を計算した結果であり、実施例3で後述する2つの軸受によって構成された構造の場合に、特に影響が顕著になる。静止状態においては他の軸受部分で接触支持されているために、上部軸受の開口側ではシャフトとスリーブは接触しておらず、局部的にはシャフト外径表面と丘部表面との間には隙間を保有できる状態となっている。テーパ量を大きくすることによって、隙間部に潤滑流体が流入してスクイズ効果を発揮しやすくなり、浮上しやすくなるために磨耗量は低減する。しかし、そのテーパ量が大きくなり過ぎると全体としての軸受特性が低下するために、逆に磨耗量は増加する。本解析の条件においては、溝深さh=0.0015mmの約1/3である0.0004mm〜0.0005mmのテーパにすれば、スリーブの磨耗量が最小になることがわかる。この解析結果から、溝深さh対する軸受隙間Δのテーパ状変化量δΔの比δ Δ(=δΔ/h=(δΔ/Δ)/(h/Δ))は1/8<δ Δ<1/2、好ましくは約1/3が良いことがわかる。なお、相対速度によって生じる現象であるから、シャフト側の直径を変えることで軸受隙間Δを変えても同じ効果が得られることは明らかである。 FIG. 19 shows the calculation result of the relationship between the taper amount of the sleeve inner diameter in the rotation axis direction and the dimensionless wear amount V * W of the sleeve. The model of this analysis is different from the previous models. The shaft diameter is 2.5 mm, the sleeve axial width is as long as 4.8 mm, and there are herringbone type radial dynamic pressure bearings on the top and bottom. interval Δ is 0.00275mm the inner periphery and the outer periphery of the shaft, the distance h p of the circumferential surface and the outer circumferential surface of the shaft 1 of the groove 10 shallow as 0.0015 mm, that is, the groove depth ratio is 0.55 It is small. The number of grooves Ng is 6 for both the upper and lower bearings. In this analysis, for the upper bearing on the output end side, the bearing clearance was increased by gradually expanding the sleeve inner diameter while keeping the groove depth constant from the herringbone groove turn-up to the upper opening. This is the result of calculating the relationship between the taper variation δ Δ of the bearing gap and the dimensionless wear amount V * W of the sleeve, which is particularly affected in the case of a structure constituted by two bearings described later in Example 3. Become prominent. Since the bearing is supported by other bearings in the stationary state, the shaft and sleeve are not in contact with each other on the opening side of the upper bearing, and locally between the shaft outer diameter surface and the hill surface. The gap can be held. By increasing the taper amount, the lubricating fluid flows into the gap portion and it becomes easy to exert a squeeze effect, and the amount of wear is reduced because it becomes easier to float. However, if the taper amount becomes too large, the bearing characteristics as a whole deteriorate, and the wear amount increases. Under the conditions of this analysis, it can be seen that if the taper is 0.0004 mm to 0.0005 mm, which is about 1/3 of the groove depth h p = 0.0015 mm, the amount of wear of the sleeve is minimized. From this analysis result, the groove depth h p ratio of the tapered variation [delta] delta of bearing clearance delta against δ * Δ (= δ Δ / h p = (δ Δ / Δ) / (h p / Δ)) is 1 It can be seen that / 8 <δ * Δ <1/2, preferably about 1/3. Since this is a phenomenon caused by the relative speed, it is clear that the same effect can be obtained even if the bearing clearance Δ is changed by changing the diameter on the shaft side.

以上の解析結果図は、先に示した解析上の基準パラメータを主体にいくつかのパラメータを組み合わせて解析した結果を抽出して表示したものであるが、実用的な範囲でパラメータを変更しても、特記した以外には顕著な傾向差は見られない。従って、以上の解析結果から、高速回転時の支持剛性Kxx、ホワール特性、あるいは軸受損失等の回転特性を保持したまま、起動時の摩擦損失、磨耗量を安定して小さく保つことができる基本仕様の最適な緒言としては、溝部の周方向角度比θ は0.40〜0.60、溝の傾斜角度βは45°〜75°、溝本数Nは6〜10本(さらに好ましくは7〜9本)、溝深さ比h は0.5〜3.0が良いと言える。また、丘部分の周方向テーパ比δ としては、1−cos(θ/2)<δ <1−cos(θ+θ)、軸受隙間の軸方向変化量比δ Δとしては、1/8<δ Δ<1/2が良いと言える。 The above analysis result diagram is the result of extracting and displaying the result of combining several parameters mainly based on the analysis reference parameters shown above, but changing the parameters within a practical range. However, there is no significant difference in trend except as noted. Therefore, from the above analysis results, it is possible to stably keep the friction loss and the wear amount at the start-up while maintaining the rotation rigidity such as the support rigidity K xx at the high speed rotation, the whirl characteristic, or the bearing loss. the optimum Introduction specifications circumferential angle ratio theta * p of the groove is 0.40 to 0.60, the inclination angle β is 45 ° to 75 ° of the groove, the groove number N g is present 6 to 10 (more preferably 7 to 9), and the groove depth ratio h * p is preferably 0.5 to 3.0. Further, as the circumferential taper ratio δ * l of the hill portion, 1−cos (θ l / 2) <δ * l <1−cos (θ l + θ p ), axial variation ratio δ * Δ of the bearing clearance 1/8 <δ * Δ <1/2 is good.

(第2の実施形態)
図20は、本発明に従う第2の実施形態を示している。特別の記載がない事項は、第1の実施形態と同じであり、断面内の平行斜線表示は省略している。
(Second Embodiment)
FIG. 20 shows a second embodiment according to the present invention. Items that are not specially described are the same as in the first embodiment, and the display of parallel diagonal lines in the cross section is omitted.

図23の動圧流体軸受装置においては、金属粉末を焼結成型して形成したスリーブ2を用いている。スリーブ2の内周面2aには、回転軸に対してβだけ傾斜した丘部12、及び溝部10が形成されている。スリーブ2の下端部には樹脂成型されたスラストブッシュ8が接着剤9で固定されて有底容器を形成し、潤滑流体5をその内部に保持している。SUS材を鍛造後研削加工して製作したシャフト1の下端部に形成されたスラストプレート7と、スリーブ2及びスラストブッシュ8との間でスラスト軸受13を構成し、軸線方向の荷重を支持している。   In the hydrodynamic bearing device of FIG. 23, a sleeve 2 formed by sintering and molding metal powder is used. On the inner peripheral surface 2 a of the sleeve 2, a hill portion 12 and a groove portion 10 that are inclined by β with respect to the rotation axis are formed. A resin-molded thrust bush 8 is fixed to the lower end of the sleeve 2 with an adhesive 9 to form a bottomed container, and the lubricating fluid 5 is held therein. A thrust bearing 13 is formed between the thrust plate 7 formed at the lower end of the shaft 1 manufactured by forging and grinding the SUS material, and the sleeve 2 and the thrust bush 8 to support the axial load. Yes.

本実施例では、粉末金属製のスリーブ2を加圧成型する際に、回転軸方向に圧縮加圧することによりスリーブ2の内径側に丘部12を隆起させ、ヘリングボーン溝を形成している。さらに、内径側に向けて緩やかな凸状に成型される丘部12の頂上部分をスリーブ2の内径をサイジング加工する際に平坦化することによって、周方向にテーパを有する丘部を加工形成している。   In this embodiment, when the powder metal sleeve 2 is pressure-molded, the hill portion 12 is raised on the inner diameter side of the sleeve 2 by compressing and pressing in the direction of the rotation axis, thereby forming a herringbone groove. Further, the top portion of the hill portion 12 formed into a gentle convex shape toward the inner diameter side is flattened when sizing the inner diameter of the sleeve 2 to form a hill portion having a taper in the circumferential direction. ing.

丘部の形状を模式図として図21に、さらに拡大した模式図として図22に示す。シャフト1の外表面1aがスリーブ2の内壁面2aに接触している場合でも、潤滑流体5がその隙間部に流入してスクイズ効果を発揮しやすいように、丘部の周方向テーパ量δと軸受隙間Δとの比δ (=δ/Δ)が、1−cos(θ/2)<δ <1−cos(θ+θ)を満足するように設定している。 The shape of the hill portion is shown in FIG. 21 as a schematic diagram, and shown in FIG. 22 as a further enlarged schematic diagram. Even when the outer surface 1a of the shaft 1 is in contact with the inner wall surface 2a of the sleeve 2, the circumferential taper amount δ l of the hill portion so that the lubricating fluid 5 can easily flow into the gap portion and exert a squeeze effect. and the ratio of the bearing gap Δ δ * l (= δ l / Δ) is, 1-cos (θ l / 2) <δ * l <1-cos (θ l + θ p) are set to satisfy the Yes.

また、スリーブ2は、上記サイジング加工時において、ロータハブ3が取り付けられて負荷が加わる上部側に向けて内径を徐々に拡大するテーパ形状に成形している。具体的には、スリーブ内半径Rを軸受隙間Δの約1/3だけ拡大している。スリーブの形状を拡大模式図として図23に示す。これにより出力端側は、軸受隙間が大きく溝深さが小さい、即ち溝深さ比が小さい形状になっている。このため、起動時には、軸受の出力端側部分はシャフト1とスリーブ壁面の接触圧は出力端の反対側よりも小さく、その丘部2とシャフト1との隙間も比較的大きいので、潤滑流体5も流入しやすく、回転体は浮上しやすい。   Further, the sleeve 2 is formed in a taper shape in which the inner diameter is gradually increased toward the upper side to which a load is applied when the rotor hub 3 is attached during the sizing process. Specifically, the radius R in the sleeve is expanded by about 1/3 of the bearing gap Δ. The shape of the sleeve is shown in FIG. 23 as an enlarged schematic diagram. As a result, the output end side has a shape in which the bearing gap is large and the groove depth is small, that is, the groove depth ratio is small. For this reason, at the time of start-up, the contact pressure between the shaft 1 and the sleeve wall surface of the output end side portion of the bearing is smaller than the opposite side of the output end, and the gap between the hill portion 2 and the shaft 1 is relatively large. Can easily flow in, and the rotating body can easily float.

なお、図24に示すように、シャフト1の外径を段階的に変えていくことで、上記のような関係を満足させても良い。   In addition, as shown in FIG. 24, you may satisfy the above relationships by changing the outer diameter of the shaft 1 in steps.

また、本実施例ではスリーブ2を粉末金属製としたが、樹脂材料を射出成型して製作しても良い。   In the present embodiment, the sleeve 2 is made of powder metal, but may be made by injection molding of a resin material.

(第3の実施形態)
図25は、本発明に従う第3の実施形態を示している。特別の記載がない事項は、第1の実施形態と同じであり、断面内の平行斜線表示は省略している。
(Third embodiment)
FIG. 25 shows a third embodiment according to the present invention. Items that are not specially described are the same as in the first embodiment, and the display of parallel diagonal lines in the cross section is omitted.

図25の動圧流体軸受装置においては、2つの焼結合金製スリーブ102a、102bを、ハウジング4の内側に取り付けることにより、その軸線方向(図26において上下方向)に潤滑保持部116を挟んだ形で一対の動圧軸受部106、108が設けられている。スリーブ102a、102bにおいては、各々溝部110a、110bと丘部112a、112bが、周方向にくりかえし配設されており、溝部110a、110b、丘部112a、112bの傾斜角、周方向角度、深さ等は、第一の実施形態に示した適正な緒元に各々設定されている。一方、シャフト101は外形が円筒状であり、その一端から他端まで実質上同一形状に形成されている。   In the hydrodynamic bearing device of FIG. 25, two sintered alloy sleeves 102a and 102b are attached to the inside of the housing 4 so that the lubrication holding portion 116 is sandwiched in the axial direction (vertical direction in FIG. 26). A pair of hydrodynamic bearings 106 and 108 are provided in the form. In the sleeves 102a and 102b, the groove portions 110a and 110b and the hill portions 112a and 112b are repeatedly arranged in the circumferential direction, and the inclination angle, the circumferential angle, and the depth of the groove portions 110a and 110b and the hill portions 112a and 112b are arranged. Etc. are respectively set to the proper specifications shown in the first embodiment. On the other hand, the outer shape of the shaft 101 is cylindrical, and is formed in substantially the same shape from one end to the other end.

なお、本形態においては、スリーブ102bは、2列の動圧溝列の中央部に丘を有するヘリングボーン動圧軸受にしてラジアル剛性を大きくしている。しかし、スリーブ102aと102bを同一構造、寸法にすることによって量産対応をしやすくするなど、適用する回転体の用途、ニーズにマッチするようにスリーブ102a、102bの仕様を選択しても良い。無論、他円弧軸受などの他の軸受型式と組み合わせても良い。また、本形態においては、スリーブ102a、102bを別体としたが、ひとつのスリーブに2つの動圧軸受溝を設けても良い。   In the present embodiment, the sleeve 102b is a herringbone dynamic pressure bearing having a hill at the center of the two rows of dynamic pressure groove rows to increase radial rigidity. However, the specifications of the sleeves 102a and 102b may be selected so as to match the application and needs of the rotating body to be applied, such as making the sleeves 102a and 102b have the same structure and dimensions to facilitate mass production. Of course, it may be combined with other bearing types such as other arc bearings. In this embodiment, the sleeves 102a and 102b are separated from each other, but two dynamic pressure bearing grooves may be provided in one sleeve.

本構造においては、スリーブ102a、102bに設けられた二つの動圧軸受部の回転軸方向の配置間距離が長いので、モーメント剛性は大きくなり、回転安定性、耐衝撃性に優れた特性を得ることができる。   In this structure, since the distance between the two dynamic pressure bearing portions provided in the sleeves 102a and 102b in the direction of the rotation axis is long, the moment rigidity is increased, and characteristics excellent in rotational stability and impact resistance are obtained. be able to.

(第4の実施形態)
図26は、本発明を実施したスピンドルモータ30及び記録ディスク駆動装置50の断面図である。なお、断面内の平行斜線表示は省略している。
(Fourth embodiment)
FIG. 26 is a cross-sectional view of the spindle motor 30 and the recording disk drive device 50 embodying the present invention. In addition, the display of parallel diagonal lines in the cross section is omitted.

この記録ディスク駆動装置50は、記録ディスク51と、記録ディスク51を回転させるスピンドルモータ30と、記録ディスク51に対して情報のアクセスを行なうヘッド52と、それら全体を収容するハウジング53とを備える。   The recording disk drive device 50 includes a recording disk 51, a spindle motor 30 that rotates the recording disk 51, a head 52 that accesses information to the recording disk 51, and a housing 53 that accommodates the whole.

スピンドルモータ30は、第1乃至第3の実施形態によって説明された動圧流体軸受装置306を備えている。スピンドルモータ30はハウジング53の一部をその基板とし、その基板上にステータ31と回路基板(不図示)とが固定される。一方、ロータハブ303に固定されたロータマグネット33はステータ31と径方向に対向され、動圧流体軸受装置306によって基板部材、ステータ31に対して回転自在に支持される。ステータ31は複数のコイル32を備えており、それらコイル32への通電は制御回路によって制御される。   The spindle motor 30 includes the hydrodynamic bearing device 306 described in the first to third embodiments. The spindle motor 30 uses a part of a housing 53 as a substrate, and a stator 31 and a circuit substrate (not shown) are fixed on the substrate. On the other hand, the rotor magnet 33 fixed to the rotor hub 303 is opposed to the stator 31 in the radial direction, and is supported rotatably by the hydrodynamic bearing device 306 with respect to the substrate member and the stator 31. The stator 31 includes a plurality of coils 32, and energization of the coils 32 is controlled by a control circuit.

スピンドルモータ30のロータハブ303には記録ディスク51が載置され、ロータハブ303と一体に回転される。制御回路によって、ステータ31のコイル32に通電されると、スピンドルモータ30が回転を始める。動圧流体軸受装置306が回転側と静止側とを非接触に支持し、スピンドルモータ30の振動が抑えられる。これにより、記録ディスク51への書きこみエラーなどが抑制され、信頼性の向上と高速化が達成される。また、記録ディスク駆動装置50の静音化も図られ、携帯機器や音響機器などに搭載されても、耳障りな騒音が発生しにくい。   The recording disk 51 is placed on the rotor hub 303 of the spindle motor 30 and is rotated together with the rotor hub 303. When the coil 32 of the stator 31 is energized by the control circuit, the spindle motor 30 starts to rotate. The hydrodynamic bearing device 306 supports the rotating side and the stationary side in a non-contact manner, and the vibration of the spindle motor 30 is suppressed. Thereby, an error in writing to the recording disk 51 is suppressed, and an improvement in reliability and speeding up are achieved. In addition, the recording disk drive device 50 can be made quiet, and even if it is mounted on a portable device or an acoustic device, it is difficult to generate annoying noise.

また、本発明の動圧流体軸受装置306は、実質的な軸受支持間隔を長くしたり、回転体の重心近くを支持したりすることが可能であり、起動停止時の摩擦損失や磨耗量は小さく、かつ安定高速回転性能が得られるので、記録ディスク駆動装置に限らず、オーバーハング構造で、特に起動停止回数が多く、使用方向の自由度が高い携帯機器、ファンなどの用途に有効である。   In addition, the hydrodynamic bearing device 306 of the present invention can increase the substantial bearing support interval or support the vicinity of the center of gravity of the rotating body, and the friction loss and the amount of wear at the time of starting and stopping are Small and stable high-speed rotation performance can be obtained, so it is effective not only for recording disk drive devices, but also for overhang structures, especially for mobile devices and fans with a high degree of freedom in the direction of use with a large number of start / stop operations. .

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、例えば、溝部10、110、丘部12、112はシャフト1、101側に形成されても良いし、シャフト1、101が固定されて、スリーブ2、201が回転しても良いし、上下二つの軸受のうち、一方の軸受はスリーブ2、201側に、他方の軸受はシャフト1、101側に、各々丘部10、110、溝部12、112を形成された構造にするなど、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, For example, the groove parts 10 and 110 and the hill parts 12 and 112 may be formed in the shafts 1 and 101 side. The shafts 1 and 101 may be fixed and the sleeves 2 and 201 may be rotated. Of the two upper and lower bearings, one bearing is on the sleeve 2 and 201 side, and the other bearing is on the shaft 1 and 101 side. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, such as a structure in which the hill portions 10 and 110 and the groove portions 12 and 112 are formed.

第1の実施形態における動圧流体軸受装置及び動圧流体軸受装置を備えるスピンドルモータの断面図である。It is sectional drawing of a spindle motor provided with the hydrodynamic bearing device and hydrodynamic bearing device in a 1st embodiment. 第1の実施形態における動圧流体軸受装置を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the hydrodynamic bearing apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における動圧流体軸受装置のスリーブ内面部の模式図である。It is a schematic diagram of the sleeve inner surface part of the hydrodynamic bearing device in the first embodiment. 第1の実施形態における動圧流体軸受装置のスリーブ内面部の部分展開図である。It is a partial expanded view of the sleeve inner surface part of the hydrodynamic bearing device in the first embodiment. 第1の実施形態における動圧流体軸受装置の軸線直角方向の簡略部分断面図である。It is a simple fragmentary sectional view of the axial right angle direction of the hydrodynamic bearing apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における他の動圧流体軸受装置のスリーブ内面部の部分展開図である。FIG. 6 is a partial development view of a sleeve inner surface portion of another hydrodynamic bearing device according to the first embodiment. 第1の実施形態における他の動圧流体軸受装置のスリーブ内面部の部分展開図である。FIG. 6 is a partial development view of a sleeve inner surface portion of another hydrodynamic bearing device according to the first embodiment. 第1の実施形態における動圧流体軸受装置の軸線直角方向断面による丘溝部の部分拡大模式図である。It is a partial expansion schematic diagram of the hill groove part by the cross section in the direction perpendicular to the axis of the hydrodynamic bearing device in the first embodiment. 第1の実施形態における他の動圧流体軸受装置の軸線直角方向断面による丘溝部の部分拡大模式図である。It is a partial expanded schematic diagram of the hill groove part by the axial direction orthogonal cross section of the other hydrodynamic bearing apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における他の動圧流体軸受装置の軸線直角方向断面による丘溝部の部分拡大模式図である。It is a partial expanded schematic diagram of the hill groove part by the axial direction orthogonal cross section of the other hydrodynamic bearing apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における動圧流体軸受装置の溝の傾きに沿って切った縦断面図模式図である。It is the longitudinal cross-sectional schematic diagram cut along the inclination of the groove | channel of the hydrodynamic bearing apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における回転数と回転に必要なパワーの関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship between the rotation speed in 1st Embodiment, and the power required for rotation. 第1の実施形態における溝幅比と磨耗量の関係を、起動時と停止時の条件で解析した解析結果図である。It is an analysis result figure which analyzed the relation between the groove width ratio and the amount of wear in a 1st embodiment on the conditions at the time of starting and stopping. 第1の実施形態における溝角度と磨耗量の関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship between the groove | channel angle and wear amount in 1st Embodiment. 第1の実施形態における溝角度と高速回転時の剛性の関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship between the groove angle in 1st Embodiment, and the rigidity at the time of high speed rotation. 第1の実施形態における溝深さ比と磨耗量の関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship between the groove depth ratio and wear amount in 1st Embodiment. 第1の実施形態における溝深さ比と高速回転時の軸損の関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship between the groove depth ratio in 1st Embodiment, and the axial loss at the time of high speed rotation. 第1の実施形態における溝本数に対する磨耗量の関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship of the amount of wear with respect to the groove number in 1st Embodiment. 第2の実施形態における丘部の回転軸方向のテーパ量に対する磨耗量の関係を示す解析結果図である。It is an analysis result figure which shows the relationship of the amount of wear with respect to the taper amount of the rotation axis direction of the hill part in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における動圧流体軸受装置を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the hydrodynamic bearing apparatus in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における動圧流体軸受装置の軸線直角方向断面による丘溝部の部分拡大模式図である。It is a partial expansion schematic diagram of the hill groove part by the cross section in the direction perpendicular to the axis of the hydrodynamic bearing device in the second embodiment. 第2の実施形態における動圧流体軸受装置の軸線直角方向断面による丘溝部の更なる部分拡大模式図である。It is the further partial expansion schematic diagram of the ditch | groove part by the cross section in the direction orthogonal to the axis of the hydrodynamic bearing device in the second embodiment. 第2の実施形態における動圧流体軸受装置の溝の傾きに沿って切った縦断面図模式図である。It is the longitudinal cross-sectional schematic diagram cut along the inclination of the groove | channel of the hydrodynamic bearing apparatus in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における他の動圧流体軸受装置の溝の傾きに沿って切った縦断面図模式図である。It is the longitudinal cross-sectional schematic diagram cut along the inclination of the groove | channel of the other hydrodynamic bearing apparatus in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における動圧流体軸受装置を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the hydrodynamic bearing apparatus in 3rd Embodiment. 第4の実施形態における記録ディスク駆動装置の断面図である。It is sectional drawing of the recording disk drive device in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、101 シャフト
1a シャフト外表面
2、102、102a、102b スリーブ
2a スリーブ内周面
3、303 ロータハブ
4 軸受ハウジング
5 潤滑流体
6、306 動圧流体軸受装置部
7 スラストプレート
8 スラストブッシュ
9 接着剤
10、110a、110b 溝部
11a、11b 溝の壁面
12、112a、112b 丘部
13 スラスト動圧流体軸受装置部
14、114 潤滑流体の相対的回転方向
15 循環溝
16、116 潤滑流体保持部
17 界面
21 抜け止め
30 スピンドルモータ
31 ステータ
32 コイル
33 ロータマグネット
50 記録ディスク駆動装置
51 磁気ディスク
52 ヘッド
53 アクチエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Shaft 1a Shaft outer surface 2,102,102a, 102b Sleeve 2a Sleeve inner peripheral surface 3,303 Rotor hub 4 Bearing housing 5 Lubricating fluid 6,306 Dynamic pressure fluid bearing device part 7 Thrust plate 8 Thrust bush 9 Adhesive 10 110a, 110b Groove portions 11a, 11b Groove wall surfaces 12, 112a, 112b Hill portions 13 Thrust dynamic pressure fluid bearing device portions 14, 114 Relative rotation direction of lubricating fluid 15 Circulating grooves 16, 116 Lubricating fluid holding portion 17 Interface 21 Disengagement Stop 30 Spindle motor 31 Stator 32 Coil 33 Rotor magnet 50 Recording disk drive 51 Magnetic disk 52 Head 53 Actuator

Claims (16)

略円柱状のシャフトと、該シャフトが挿通される略円筒状のスリーブと、該シャフトと該スリーブとの間の間隙に充填された潤滑流体とを備え、
前記シャフトが、前記スリーブによって回転軸回りに前記スリーブに対して相対的に回転自在に保持され、
前記シャフトまたは前記スリーブの前記回転軸方向の一方の端を出力端として、負荷が接続される動圧流体軸受装置において
対向する前記シャフトの外周面および前記スリーブの内周面のいずれか一方の面をG面、他方の面をF面と定義し、
前記シャフトと前記スリーブ間の相対回転によって生じる前記潤滑流体の回転流動運動において、前記G面を基準として見た時の前記潤滑流体の相対的回転方向をROT方向と定義して、
該G面には、丘部と少なくとも一方の端が開口した溝部が、前記回転軸に対して傾斜した状態で周方向に交互に配列された動圧溝列が形成され、
さらに該G面には、前記回転軸に対して略逆方向に傾斜した2列の前記動圧溝列を、離反する側に前記溝部開口端を配置して、前記回転軸に直交する面に対して略対称に向かい合わせて一対に構成したヘリングボーン状の動圧軸受溝が、前記回転軸方向に少なくとも1箇所以上形成され、
前記溝部の周方向幅角度(θ)と前記丘部の周方向幅角度(θ)の占める割合を示す溝幅比θ (=θ/(θ+θ))が、
0.4≦θ ≦0.6
であり、かつ、
前記一対の動圧溝列と前記回転軸とがなす鋭角側の角度β、βが、
45°≦β≦75°、かつ45°≦β≦75°
であること、を特徴とする動圧流体軸受装置。
A substantially cylindrical shaft, a substantially cylindrical sleeve through which the shaft is inserted, and a lubricating fluid filled in a gap between the shaft and the sleeve,
The shaft is held by the sleeve so as to be rotatable relative to the sleeve around a rotation axis;
One of the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve facing each other in a hydrodynamic bearing device to which a load is connected with one end in the rotation axis direction of the shaft or the sleeve as an output end Is defined as G-plane and the other plane as F-plane,
In the rotational flow motion of the lubricating fluid caused by the relative rotation between the shaft and the sleeve, the relative rotational direction of the lubricating fluid when viewed with respect to the G plane is defined as the ROT direction,
The G surface is formed with a dynamic pressure groove array in which a hill portion and a groove portion having at least one end opened are alternately arranged in the circumferential direction in an inclined state with respect to the rotation axis,
Further, on the G surface, two rows of the dynamic pressure groove rows inclined substantially in the opposite direction with respect to the rotation axis are arranged, and the groove opening end is disposed on the side away from the G surface, so that the surface is perpendicular to the rotation axis. At least one or more herringbone-shaped hydrodynamic bearing grooves configured to face each other substantially symmetrically are formed in the rotational axis direction,
A groove width ratio θ * p (= θ p / (θ l + θ p )) indicating a ratio of the circumferential width angle (θ p ) of the groove and the circumferential width angle (θ l ) of the hill portion,
0.4 ≦ θ * p ≦ 0.6
And
Angles β 1 and β 2 on the acute angle side formed by the pair of dynamic pressure groove rows and the rotation shaft are:
45 ° ≦ β 1 ≦ 75 ° and 45 ° ≦ β 2 ≦ 75 °
A hydrodynamic bearing device characterized by that.
前記一対の動圧溝列において、前記ROT方向に見た前記丘部から前記溝部に至る境界部を形成する壁面aと前記回転軸とがなす鋭角側の角度β1a、β2aと、前記ROT方向に見た前記溝部から前記丘部に至る境界部を形成する壁面bと前記回転軸とがなす鋭角側の角度β1b、β2bとが、
45°≦β1b<β1a≦75°、または45°≦β2b<β2a≦75°
であることを特徴とする請求項1に記載の動圧流体軸受装置。
In the pair of dynamic pressure groove rows, acute angles β 1a , β 2a formed by the wall surface a forming the boundary portion from the hill portion to the groove portion in the ROT direction and the rotation axis, and the ROT Angles β 1b and β 2b on the acute angle side formed by the wall surface b forming the boundary part from the groove part to the hill part viewed in the direction and the rotation axis,
45 ° ≦ β 1b1a ≦ 75 °, or 45 ° ≦ β 2b2a ≦ 75 °
The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein
前記一対の動圧溝列において、前記溝部は、前記F面との間隙寸法が前記ROT方向に向けて徐々に小さくなるようなテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の動圧流体軸受装置。   3. The pair of dynamic pressure groove rows, wherein the groove portion is formed in a tapered shape such that a gap dimension with the F surface gradually decreases in the ROT direction. The hydrodynamic bearing device described in 1. 前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記溝部は、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて前記F面との間隙寸法が徐々に小さくなるようなテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the groove portion on the dynamic pressure groove row side disposed on the output end side has a gap dimension with the F surface toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other. The hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrodynamic bearing device is formed in a tapered shape that gradually decreases. 前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記溝幅比が、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the groove width ratio on the dynamic pressure groove row side arranged on the output end side is gradually decreased toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other. The hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrodynamic bearing device is formed. 前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の動圧溝列を構成する溝部の本数Nが、
6≦N≦10であり、好ましくは7≦N≦9
であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。
In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the number N g of groove portions constituting the dynamic pressure groove row on the dynamic pressure groove row side arranged on the output end side is:
6 ≦ N g ≦ 10, preferably 7 ≦ N g ≦ 9
The hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記スリーブ内半径rと前記シャフト外半径Rとの差である軸受隙間Δ(=R−r)と、前記丘部から前記溝部の底までの平均深さhとの比である溝深さ比h (=h/Δ)が、
0.5≦h ≦3.0
であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。
In the pair of dynamic pressure groove rows, at least a bearing gap Δ (= R−r) which is a difference between the sleeve inner radius r and the shaft outer radius R on the dynamic pressure groove row side disposed on the output end side. When the hill groove depth ratio is the ratio of the average depth h p to the bottom of the groove from the unit h * p (= h p / Δ) is,
0.5 ≦ h * p ≦ 3.0
The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein the hydrodynamic bearing device is a hydrodynamic bearing device.
前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記丘部は、前記F面との間隙寸法が前記ROT方向に向けて徐々に小さくなるようなテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the hill portion on the dynamic pressure groove row side arranged on the output end side is such that a gap dimension with the F surface gradually decreases in the ROT direction. 8. The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein the hydrodynamic bearing device is tapered. 前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記ROT方向に向けた前記丘部のテーパ量δと軸受隙間Δとの比δ (=δ/Δ)が、
1−cos(θ/2)<δ <1−cos(θ+θ
であることを特徴とする請求項8に記載の動圧流体軸受装置。
In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the ratio δ * l of the taper amount δ l of the hill portion in the ROT direction on the dynamic pressure groove row side arranged on the output end side and the bearing gap Δ ( = Δ l / Δ) is
1-cos (θ l / 2) <δ * l <1-cos (θ l + θ p )
The hydrodynamic bearing device according to claim 8, wherein
前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列の、前記ROT方向に見た前記溝部から前記丘部に至る境界部を形成する前記壁面bのコーナが面取りされていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   In the pair of dynamic pressure groove rows, at least a corner of the wall surface b forming a boundary portion from the groove portion to the hill portion as viewed in the ROT direction of the dynamic pressure groove row disposed on the output end side. 10. The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein the hydrodynamic bearing device is chamfered. 前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記軸受隙間Δが、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the bearing gap Δ on the dynamic pressure groove row side arranged on the output end side is gradually reduced toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other. The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein the hydrodynamic bearing device is formed. 前記一対の動圧溝列において、少なくとも前記出力端側に配置された前記動圧溝列側の前記軸受隙間Δが、該一対の動圧溝列が向かい合う側に向けて徐々に小さくなるように形成されている軸受隙間の変化量δΔと前記平均深さhとの比δ Δ(=δΔ/h)が、
1/8<δ Δ<1/2、好ましくはδ Δ≒1/3
であることを特徴とする請求項11に記載の動圧流体軸受装置。
In the pair of dynamic pressure groove rows, at least the bearing gap Δ on the dynamic pressure groove row side arranged on the output end side is gradually reduced toward the side where the pair of dynamic pressure groove rows face each other. the ratio of the amount of change in the bearing gap formed [delta] delta and the average depth h p δ * Δ (= δ Δ / h p) is,
1/8 <δ * Δ <1/2, preferably δ * Δ≈1 / 3
The hydrodynamic bearing device according to claim 11, wherein
前記スリーブが、焼結多孔質金属もしくは樹脂の型成型体から構成されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   The hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 12, wherein the sleeve is made of a sintered porous metal or resin mold. 前記溝部および前記丘部が、前記スリーブに形成されていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の動圧流体軸受装置。   The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein the groove portion and the hill portion are formed in the sleeve. 電動式のスピンドルモータであって、
回転軸の周囲に配置された界磁用磁石を有するロータ部と、
前記界磁用磁石との間で前記回転軸を中心とするトルクを発生する電機子を有すると共に、前記ロータ部を前記回転軸を中心に回転可能に支持するステータ部と、
を備え、
前記ロータ部および前記ステータ部のいずれか一方が、請求項1乃至14のいずれかに記載の動圧流体軸受装置を構成するスリーブを取り付けて備え、
前記ロータ部および前記ステータ部の他方が、前記スリーブに挿入されるシャフトを備えたことを特徴とするスピンドルモータ。
An electric spindle motor,
A rotor portion having field magnets arranged around the rotation axis;
A stator portion that has an armature that generates torque about the rotation axis with the field magnet, and supports the rotor portion rotatably about the rotation axis;
With
Either one of the rotor part and the stator part is provided with a sleeve constituting the hydrodynamic bearing device according to any one of claims 1 to 14,
A spindle motor, wherein the other of the rotor portion and the stator portion includes a shaft inserted into the sleeve.
ハウジング内に、記録ディスクにデータを読み書きするヘッドと、該ヘッドをディスク面上で移動させるアクチエータと、請求項15に記載されたスピンドルモータとを備える記録ディスク駆動装置。   A recording disk drive device comprising: a head for reading / writing data from / to a recording disk; an actuator for moving the head on the disk surface; and a spindle motor according to claim 15.
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