JP2012215218A - Fluid dynamic pressure bearing device and spindle motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スラスト方向における軸受の構造に特徴のある流体動圧軸受装置およびスピンドルモータに関する。 The present invention relates to a fluid dynamic bearing device and a spindle motor that are characterized by a structure of a bearing in a thrust direction.
流体動圧軸受装置について以下の技術が知られている。例えば、特許文献1には、回転軸静止時に加わる衝撃や振動に対する潤滑油飛散流出防止性能の信頼度を改善した小型化、薄型化された流体動圧軸受の構造(ストレートシール構造)について記載されている。特許文献2には、軸受シール装置の耐外力保持性能を高め、軸受オイルを良好に保持することを可能とするテーパーシール構造について記載されている。
The following techniques are known for fluid dynamic bearing devices. For example,
特許文献3には、起動時の潤滑流体の循環を向上させ、起動時のトルクを低減し、軸受損傷を防止する構造について記載されている。この特許文献3には、スラスト方向の1箇所においてスラスト軸受を配置し、非回転時には、固定シャフトの上段側に設けられたストッパー面を有するストッパー部でロータ部が支えられ、下段側の動圧溝が形成されたスラスト流体軸受は、軸受隙間が保持され、両軸受面に接触しない構造が記載されている。なお、この構造においては、回転時に下段側のスラスト軸受に動圧が発生し、ロータ部が浮上する。
特許文献4には、加工精度の誤差に起因して動圧溝の作用が阻害される不都合を抑える構造について記載されている。特許文献5には、軸受隙間への潤滑流体の充填を簡単かつ確実に行うことを可能にするための構造について記載されている。特許文献6には、潤滑流体の充填レベルを目視などにより確実に確認できる構造とすることを目的に、テーパーシール部に段付き形状が形成された構造が記載されている。特許文献7には、スラスト軸受面において、軸受孔を起点として軸受スリーブの外側端まで延ばした範囲に軸受構造物(動圧溝)を形成してもよい旨が記載されている。特許文献8には、スラスト軸受が2箇所配設されており、それらのスラスト軸受において発生した動圧による支承力を反対方向とする構成が記載されている。
流体動圧軸受装置は、例えばハードディスク装置のスピンドルモータの軸受として使用される。ハードディスク装置においては、低消費電力化、耐久性の向上、起動の速さといった観点から、起動時のトルクを極力抑えることができる構造が要求されている。特許文献3には、この要求を満たすことを目的とした構成が記載されているが、起動時における接触部分の抵抗トルクは潤滑油が介在されない乾燥摩擦なので、抵抗トルクを下げるには限界があり、更なる低起動トルク化を求めた場合にその機能は十分ではない。また、各種の携帯情報機器においては、衝撃や振動等に対する耐性が要求されるが、それに関連して衝撃や振動に耐える高い剛性を有する流体動圧軸受装置が要求される。また、振動や衝撃を受けた場合でも、流体動圧軸受装置のテーパーシール部から潤滑流体が漏れないことも要求される。しかしながら、特許文献8に記載の構造では、軸方向に二つのスラスト軸受が構成されているが、回転時にスラスト方向の二つの軸受は動圧による力方向が反対であるので、スラスト方向の軸受の負荷容量が一つの軸受と比較すると逆に低くなり、上述したスラスト方向に加わる衝撃に耐える耐性の向上にはならない。このような背景において、本発明は、起動時のトルクを抑えることができ、且つ、スラスト方向に加わる衝撃や振動に耐える耐性の高い流体動圧軸受装置、並びに、衝撃などに応答する振幅を抑えることによってテーパーシール部からの潤滑流体の漏れを防ぐ流体動圧軸受装置を得ることを目的とする。
The fluid dynamic pressure bearing device is used as a bearing of a spindle motor of a hard disk device, for example. Hard disk devices are required to have a structure that can suppress the torque at startup as much as possible from the viewpoints of low power consumption, improved durability, and startup speed.
請求項1に記載の発明は、シャフトと、前記シャフトと一体となったハブと、前記シャフトを回転自在な状態で内側において保持すると共に上面が前記ハブの下面に対向するスリーブと、前記シャフトの下端面に接触可能なカウンタープレートとを備え、前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間において、ラジアル方向の荷重を支える少なくとも一つのラジアル軸受部が構成され、前記スリーブの前記上面と前記ハブの前記下面との間において、スラスト方向の荷重を支える第1のスラスト軸受部が構成され、前記カウンタープレートの上面と前記シャフトの下端面との間において、スラスト方向の荷重を支える第2のスラスト軸受部が構成され、前記シャフトの非回転時において、前記第1のスラスト軸受部における前記スリーブの前記上面と前記ハブの前記下面とは接触せずに隙間が構成されており、且つ、前記第2のスラスト軸受部における前記カウンタープレートの上面と前記シャフトの下端面とが接触する構成を有する流体動圧軸受装置であって、該流体動圧軸受装置の内部には潤滑流体が連続的に充填されており、前記シャフトが回転すると、前記第1のスラスト軸受部における前記隙間に充填されている潤滑流体により動圧が発生し、前記シャフトが前記カウンタープレートから浮上することを特徴とする流体動圧軸受装置である。
The invention described in
請求項1に記載の発明によれば、シャフトの非回転時において、スリーブの上面とハブの下面との間の第1のスラスト軸受部は非接触であり、第2のスラスト軸受部において、カウンタープレートの上面とシャフトの下端面が接触し、シャフトが支えられる。そしてシャフトが回転し始めると、第1のスラスト軸受部の隙間における潤滑流体の動圧により、ハブがスリーブに対して浮上する力を受け、シャフトがカウンタープレートから浮上する。ここで、非回転時に第1のスラスト軸受部は非接触であるので、動圧を効果的に発生させるために、その第1のスラスト軸受の面積を大きくしても、回転開始時における接触抵抗は増加しない。他方において、カウンタープレートの上面とシャフトの下端面との接触部分は、その接触面積を相対的に小さくできるので、回転半径が相対的に小さくなり、回転開始時における接触抵抗トルクを小さくできる。このため、非回転時において、第1のスラスト軸受部の両軸受面が接触する従来の技術と比較すると、起動時のトルクが大幅に抑えられる。 According to the first aspect of the present invention, when the shaft is not rotating, the first thrust bearing portion between the upper surface of the sleeve and the lower surface of the hub is not in contact with the second thrust bearing portion. The upper surface of the plate and the lower end surface of the shaft come into contact with each other to support the shaft. When the shaft starts to rotate, the hub receives a force that causes the hub to float with respect to the sleeve due to the dynamic pressure of the lubricating fluid in the gap between the first thrust bearing portions, and the shaft floats from the counter plate. Here, since the first thrust bearing portion is non-contact at the time of non-rotation, even if the area of the first thrust bearing is increased in order to effectively generate dynamic pressure, the contact resistance at the start of rotation Does not increase. On the other hand, since the contact area between the upper surface of the counter plate and the lower end surface of the shaft can be made relatively small, the turning radius becomes relatively small, and the contact resistance torque at the start of rotation can be made small. For this reason, compared with the conventional technique in which both bearing surfaces of the first thrust bearing portion are in contact with each other at the time of non-rotation, the torque at the time of starting is greatly suppressed.
第1のスラスト軸受部と第2のスラスト軸受部でスラスト方向の荷重が支えられるので、スラスト方向の軸受剛性は、スラスト軸受部が一つの場合と比較して高くなる。これによって、流体動圧軸受装置が衝撃などを受けた場合におけるシャフトの応答振幅が抑えられる。特に、第2のスラスト軸受部で対向面が接触した状態においても、第1のスラスト軸受部では対向面が接触せずに隙間が設けられている状態となるので、衝撃によりシャフトが押し込まれた際に、第1のスラスト軸受部の軸受作用が失われず、また第1のスラスト軸受部が接触しないことで、第1のスラスト軸受部の軸受面が破損する問題が発生しない。 Since the load in the thrust direction is supported by the first thrust bearing portion and the second thrust bearing portion, the bearing rigidity in the thrust direction is higher than that in the case of one thrust bearing portion. Thereby, the response amplitude of the shaft when the fluid dynamic bearing device is subjected to an impact or the like is suppressed. In particular, even when the facing surface is in contact with the second thrust bearing portion, the first thrust bearing portion is in a state in which the facing surface is not in contact with the gap, so that the shaft is pushed in by an impact. At this time, the bearing action of the first thrust bearing portion is not lost, and the first thrust bearing portion does not come into contact, so that the problem that the bearing surface of the first thrust bearing portion is damaged does not occur.
また、シャフトが押し込まれて第2のスラスト軸受部における対向面が接触したとしても、上述したようにその部分における接触抵抗トルクは相対的に小さいので、シャフトの回転が急激に阻害される傾向が小さく、急激に回転速度が低下する等の不都合が生じ難い。また、シャフトが押し込まれて第2のスラスト軸受部における対向面が接触したとしても、相対的に周方向の速度が大きい第1のスラスト軸受部は隙間が確保されているので、そこでの動圧の発生が期待できる。これは、流体動圧によるスラスト方向の軸受機能を維持しようとする作用となる。つまり、シャフトがスラスト方向に衝撃を受け、第2のスラスト軸受部で対向する面の接触が生じたとしても、流体動圧軸受装置としての機能が失われ難い。 Further, even if the shaft is pushed in and the opposing surface of the second thrust bearing portion comes into contact, the contact resistance torque at that portion is relatively small as described above, and therefore the rotation of the shaft tends to be rapidly inhibited. It is small and is unlikely to cause inconveniences such as a sudden decrease in rotational speed. Further, even if the shaft is pushed in and the opposing surfaces of the second thrust bearing portion come into contact with each other, the first thrust bearing portion having a relatively large circumferential speed has a clearance, so that the dynamic pressure there Can be expected. This serves to maintain the bearing function in the thrust direction due to fluid dynamic pressure. In other words, even if the shaft receives an impact in the thrust direction and contact between the opposing surfaces of the second thrust bearing portion occurs, the function as the fluid dynamic bearing device is unlikely to be lost.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記シャフトの軸方向における前記カウンタープレートの上面から前記第1のスラスト軸受部を構成する前記スリーブの前記上面までの距離をL1とし、前記シャフトの軸方向における前記シャフトの下端面から前記第1のスラスト軸受部を構成する前記ハブの前記下面までの距離をL2とした場合に、L1<L2の関係が成立することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the distance from the upper surface of the counter plate in the axial direction of the shaft to the upper surface of the sleeve constituting the first thrust bearing portion is L. first and then, the distance to the lower surface of the hub constituting the first thrust bearing portion from the lower end surface of the shaft in the axial direction of the shaft when the L 2, L 1 <relation L 2 is satisfied It is characterized by doing.
請求項2に記載の発明によれば、シャフトの非回転時にカウンタープレートの上面がシャフトの下端面に接触し、その状態においてスリーブの上面とハブの下面との間に隙間が形成される構造が得られる。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a structure in which the upper surface of the counter plate contacts the lower end surface of the shaft when the shaft is not rotating, and a gap is formed between the upper surface of the sleeve and the lower surface of the hub in this state. can get.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記第1および前記第2のスラスト軸受部には、動圧溝が設けられており、前記第2のスラスト軸受部における前記動圧溝に比較して、前記第1のスラスト軸受部における前記動圧溝の深さが深いことを特徴とする。
The invention according to
動圧溝の深さは軸受隙間の1.5倍ぐらいのときに最大の軸受剛性が得られ、一方、1.5倍ぐらいから大きくなるかあるいは小さくなるかするほど、軸受剛性が低くなる。請求項3に記載の発明によれば、軸受隙間が相対的に大きい第1のスラスト軸受部における動圧溝の深さを相対的に深くし、軸受隙間が相対的に小さい第2のスラスト軸受部における動圧溝の深さを相対的に浅くすることで、第1および第2の両スラスト軸受部ともに高い剛性を得られる。また、衝撃や振動を受けて、シャフトの下端面がカウントプレートの上面に近づくとき、浅い動圧溝を有する第2のスラスト軸受部の剛性が有効に働き、応答振幅の低減に有利となる。 The maximum bearing rigidity is obtained when the depth of the dynamic pressure groove is about 1.5 times the bearing clearance. On the other hand, the bearing rigidity decreases as it increases or decreases from about 1.5 times. According to the third aspect of the present invention, the depth of the dynamic pressure groove in the first thrust bearing portion in which the bearing gap is relatively large is made relatively deep, and the second thrust bearing in which the bearing gap is relatively small. By making the depth of the dynamic pressure groove in the portion relatively small, both the first and second thrust bearing portions can have high rigidity. Further, when the lower end surface of the shaft approaches the upper surface of the count plate due to impact or vibration, the rigidity of the second thrust bearing portion having the shallow dynamic pressure groove works effectively, which is advantageous in reducing the response amplitude.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発明において、前記第1のスラスト軸受部における前記スリーブの前記上面と前記ハブの前記下面とが対向する面積に比較して、前記第2のスラスト軸受部における前記カウンタープレートの前記上面と前記シャフトの前記下端面との接触可能な面積が小さいことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the upper surface of the sleeve and the lower surface of the hub of the first thrust bearing portion are opposed to each other. In comparison, the second thrust bearing portion has a small contactable area between the upper surface of the counter plate and the lower end surface of the shaft.
請求項4に記載の発明によれば、面積の大小関係を請求項4に記載の構成と逆とした場合に比較して、起動時に発生する摩擦トルクが抑えられる。また、請求項4に記載の発明によれば、スラスト方向における軸受能力が第1のスラスト軸受部が主で第2のスラスト軸受部が従となる傾向が大となる。これにより、スラスト方向の衝撃により、シャフトがカウンタープレートに接触した際におけるスラスト方向の流体動圧軸受機能の低下が生じ難い性能が得られる。
According to the invention described in
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発明において、前記シャフトの軸方向から見た場合に、前記第2のスラスト軸受部の軸受外径は前記第1のスラスト軸受部の軸受外径よりも小さいことを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載の発明によれば、第2のスラスト軸受部における接触面積をより小さくでき、また、第2のスラスト軸受の半径は第1のスラスト軸受の半径より小さいので、起動時における第2のスラスト軸受部における摩擦トルクを大幅に抑えることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, the contact area of the second thrust bearing portion can be made smaller, and the radius of the second thrust bearing is smaller than the radius of the first thrust bearing. Friction torque in the
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の発明において、前記ハブは、前記スリーブの外周面とラジアル方向の隙間を隔てて対向する内周面を有し、前記スリーブの前記外周面と前記ハブの前記内周面との間に形成された前記ラジアル方向の隙間には前記潤滑流体の漏出を防止するテーパーシール部が設けられており、前記テーパーシール部は、軸方向における前記潤滑流体の前記漏出する方向に沿って前記ラジアル方向の隙間が漸次拡大するテーパー断面形状を有し、前記テーパー断面形状は、前記潤滑流体の前記漏出する方向に沿って、第1の傾斜角の部分と、この第1の傾斜角の部分に続く、前記第1の傾斜角よりも小さな傾斜角を有する第2の傾斜角の部分とを有した構造を備えることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the invention according to any one of
請求項6に記載の発明によれば、相対的に大きい第1の傾斜角の部分において、ラジアル方向の最小隙間をできるだけ小さくして、軸方向に短い距離で相対的に大きな隙間を有する第2の傾斜角の部分を得ることができる。これによって、大きな隙間を有する第2の傾斜角の部分で潤滑流体の移動速度および振幅が吸収され、同時にこの部分の相対的に小さい第2の傾斜角で表面張力による潤滑流体の液面を維持する機能が得られ、この2つの機能が複合されることで、潤滑流体の漏出を抑える機能が得られる。 According to the sixth aspect of the present invention, in the relatively large first inclination angle portion, the radial radial minimum gap is made as small as possible, and the second gap having a relatively large gap in a short distance in the axial direction. Can be obtained. As a result, the moving speed and amplitude of the lubricating fluid are absorbed in the portion of the second inclination angle having a large gap, and at the same time, the level of the lubricating fluid is maintained by the surface tension at the relatively small second inclination angle of this portion. By combining these two functions, a function of suppressing the leakage of the lubricating fluid can be obtained.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、流体動圧軸受装置が定常回転するときに前記潤滑流体の液面が前記第2の傾斜角の部分に位置していることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, when the fluid dynamic pressure bearing device rotates normally, the liquid level of the lubricating fluid is located at the portion of the second inclination angle. It is characterized by.
請求項7に記載の発明によれば、表面張力による液面の維持機能が得られる部分に潤滑流体の液面が位置しているので、流体動圧軸受装置が定常状態で安定して回転しているときにおける潤滑流体のシール効果が有効に得られる。シール隙間の広さに制限があるので、第1の傾斜角の部分の体積はそれほど大きくできない。仮に、第1の傾斜角の部分に液面が位置していると、流体動圧軸受装置が衝撃などを受けたときにシャフトが上下方向に振動し、第1の傾斜角の部分の体積では潤滑流体の移動量を吸収できない場合、液面が第1のスラスト軸受部の位置まで到達する可能性がある。また、仮にこの第1の傾斜角の部分の体積に余裕があっても、液面が第2の傾斜角の部分に近づくことになる。第1の傾斜角は相対的に大きいので、表面張力による液面の保持効果が第2の傾斜角の部分に比較して小さく、この定常状態で安定して回転しているときにおける潤滑流体のシール効果は、請求項7に記載の発明を採用した場合に比較して弱くなる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the liquid level of the lubricating fluid is located at a portion where the function of maintaining the liquid level by surface tension is obtained, the fluid dynamic bearing device rotates stably in a steady state. Thus, the sealing effect of the lubricating fluid can be effectively obtained. Since the width of the seal gap is limited, the volume of the first inclination angle portion cannot be increased so much. If the liquid level is located at the first inclination angle portion, the shaft vibrates in the vertical direction when the fluid dynamic bearing device receives an impact or the like, and the volume at the first inclination angle portion If the amount of movement of the lubricating fluid cannot be absorbed, the liquid level may reach the position of the first thrust bearing portion. In addition, even if there is room in the volume of the first inclination angle portion, the liquid level approaches the second inclination angle portion. Since the first tilt angle is relatively large, the effect of maintaining the liquid level due to surface tension is small compared to the portion of the second tilt angle, and the lubrication fluid in a steady state is rotating stably. The sealing effect is weaker than when the invention according to claim 7 is adopted.
請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載の発明において、前記テーパー断面形状は、前記第2の傾斜角の部分の終端点から続く、前記第2の傾斜角よりも大きな傾斜角を有する第3の傾斜角の部分と、この第3の傾斜角の部分に続く、前記第3の傾斜角よりも小さな傾斜角を有する第4の傾斜角の部分とを更に備えることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to claim 6 or 7, wherein the tapered cross-sectional shape has an inclination larger than the second inclination angle, which continues from a terminal point of the second inclination angle portion. A third inclination angle portion having an angle; and a fourth inclination angle portion having an inclination angle smaller than the third inclination angle following the third inclination angle portion. And
請求項8に記載の発明によれば、流体動圧軸受装置が衝撃などを受けて潤滑流体が軸方向の下方に移動するとき、前記第3の大きな傾斜角の部分がより有効に潤滑流体の移動速度および振幅を吸収する機能を果たす。また、流体動圧軸受装置が振動を受けて潤滑流体が定常状態の液面の位置から軸方向の上方に移動するとき、前記第2の小さな傾斜角の部分がより有効に潤滑流体の移動速度および振幅を吸収する。そして、前記小さな傾斜角を有する第4の傾斜角部分のシール隙間を大きくし過ぎることなく、大きな表面張力で第3の傾斜角の部分を越えた潤滑流体をシールする。これにより、潤滑流体の移動速度および振幅を吸収する機能を有する傾斜角の部分と、表面張力によって潤滑流体の液面を維持する機能を有する傾斜角の部分とを複合したシール機能が2段に配置され、更に徹底したシール機能を得ることができる。また、定常状態で安定して回転するときには、潤滑流体の液面が前記第2の傾斜角の部分の下部の前記第3の傾斜角の部分に近いところに位置している(図4参照)。 According to the eighth aspect of the present invention, when the fluid dynamic pressure bearing device receives an impact or the like and the lubricating fluid moves downward in the axial direction, the portion having the third large inclination angle is more effectively made of the lubricating fluid. It functions to absorb moving speed and amplitude. Further, when the fluid dynamic pressure bearing device receives vibration and the lubricating fluid moves upward in the axial direction from the position of the liquid level in the steady state, the second small inclination angle portion more effectively moves the lubricating fluid. And absorb amplitude. Then, the lubricating fluid exceeding the third tilt angle portion is sealed with a large surface tension without excessively increasing the seal gap of the fourth tilt angle portion having the small tilt angle. As a result, the sealing function that combines the inclination angle portion having the function of absorbing the moving speed and amplitude of the lubricating fluid and the inclination angle portion having the function of maintaining the liquid level of the lubricating fluid by surface tension in two stages. Arranged and a more thorough sealing function can be obtained. Further, when rotating stably in a steady state, the level of the lubricating fluid is located near the third inclination angle portion below the second inclination angle portion (see FIG. 4). .
請求項9に記載の発明は、請求項6乃至8のいずれか一項に記載の発明において、前記テーパーシール部の内部の終端位置付近における前記ハブの前記内周面および前記スリーブの前記外周面の少なくとも一方に前記潤滑流体を撥ねる撥油剤が塗布されていることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 6 to 8, wherein the inner peripheral surface of the hub and the outer peripheral surface of the sleeve in the vicinity of the terminal position inside the tapered seal portion. An oil repellent agent that repels the lubricating fluid is applied to at least one of the above.
請求項9に記載の発明によれば、シャフトの軸受に対する偏心による潤滑流体液面の回転軸に対する傾きを撥油剤が潤滑流体を撥ねる作用によって抑制することができる。これにより、衝撃による潤滑流体液面の振幅が押さえられ、潤滑流体の移動速度が抑えられるので、シールの機能を果たすことができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the inclination of the lubricating fluid level relative to the rotation axis due to the eccentricity of the shaft relative to the bearing can be suppressed by the action of the oil repellent to repel the lubricating fluid. Thereby, the amplitude of the lubricating fluid level due to the impact is suppressed, and the moving speed of the lubricating fluid is suppressed, so that a sealing function can be achieved.
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置と、前記スリーブが固定されたベースプレートと、前記ハブの外周側に配置されたロータマグネットと、前記ベースプレートに固定され前記ロータマグネットと隙間を隔てて配置された電磁石とを備えることを特徴とするスピンドルモータである。 A tenth aspect of the present invention is the fluid dynamic pressure bearing device according to any one of the first to ninth aspects, a base plate to which the sleeve is fixed, and a rotor magnet disposed on the outer peripheral side of the hub. A spindle motor comprising: an electromagnet fixed to the base plate and disposed with a gap from the rotor magnet.
請求項10に記載の発明によれば、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の発明が有した優位性を備えた流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータが提供される。 According to the tenth aspect of the present invention, there is provided a spindle motor including a fluid dynamic bearing device having the advantages of the first aspect of the present invention.
本発明によれば、起動時のトルクを抑えることができ、且つ、スラスト方向に加わる衝撃に耐える耐性の高く、そして衝撃に耐えるシール構造を有する流体動圧軸受装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fluid dynamic pressure bearing apparatus which can suppress the torque at the time of starting, and has the high tolerance which resists the impact added to a thrust direction, and has a seal structure which resists an impact can be obtained.
(構成)
図1は、実施形態の流体動圧軸受装置の断面図である。図1には、流体動圧軸受装置100が示されている。流体動圧軸受装置100は、ロータとなるシャフト102およびハブ101を回転自在な状態で支承する装置である。流体動圧軸受装置100は、シャフト102と、ハブ101と、ハブ101の下面に対向するスリーブ103と、シャフト102の下端面に接触可能なカウンタープレート104とを備え、シャフト102の外周面とスリーブ103の内周面との間にラジアル軸受部113が、スリーブ103の上面とハブ101の下面との間に第1のスラスト軸受部110が、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との間に第2のスラスト軸受部111がそれぞれ構成されている。
(Constitution)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the fluid dynamic bearing device according to the embodiment. FIG. 1 shows a fluid
ハブ101はシャフト102に固定され、シャフト102と一体化されている。シャフト102は、略円柱形状を有し、略筒状の部材であるスリーブ103の内側において回転軸102bを軸として回転が自在に行える状態で保持されている。スリーブ103は、ステータ側の部材であり、土台となるベースプレート201に固定されている。この構造では、ハブ101とシャフト102が一体となったものがスリーブ103およびカウンタープレート104に対して回転する。
The
シャフト102の外周面とスリーブ103の内周面との間には、僅か隙間があり、そこには潤滑流体が充填されている。この部分において、シャフト102の外周面に対向するスリーブ103の内周面には、動圧発生手段であるへリングボン型の動圧溝103cが設けられている。動圧溝103cが設けられているスリーブ103の内周面と、シャフト102の外周面とが隙間を隔てて対向している部分により、シャフト102に働くラジアル方向の荷重を支承するラジアル軸受部113が構成されている。
There is a slight gap between the outer peripheral surface of the
シャフト102の下端面は平坦な底面とされており、この底面は、シャフト102が回転していない状態において、平坦な構造とされたカウンタープレート104の上面に接触する。カウンタープレート104は、シャフト102をスラスト方向で支える部材であり、スリーブ103に嵌め込まれる形でスリーブ103に固定されている。
The lower end surface of the
シャフト102が回転していない状態において、スリーブ103の上面は、ハブ101の下面に接触せず、スリーブ103の上面とハブ101の下面との間には、わずかな隙間105(例えば、2〜3μm)が確保されている。すなわち、カウンタープレート104の上面からスリーブ103の上面までの距離をL1とし、シャフト102の下端面からハブ101のスリーブ103の上面に対向する面までの距離をL2とすると、L2>L1の関係となるように各部の寸法が調整されている。そして隙間105には、潤滑流体109が充填されている。
When the
図2は、スリーブ103を図1の上方向から見た上面図である。スリーブ103の上面(ハブ101の下面に対向する面)には、動圧発生手段であるスパイラル状の動圧溝103aが形成されている。動圧溝103aは、スリーブ103の上面の縁まで形成されている。スリーブ103の中央には、シャフト102が納まる中空部107が設けられている。また、スリーブ103の上面の3箇所の軸方向から見て略等角な位置には、図1にも示されている連通孔106の開口部が形成されている。なお、動圧を均一にするため、3本の連通孔106の開口部の動圧溝との相対位置がほぼ同じになるように設定する。この例では、連通孔106の数は3本であるが、その数は3本に限定されない。
FIG. 2 is a top view of the
動圧溝103aが設けられているスリーブ103の上面と、そこに対向するハブ101の下面とによって、シャフト102とハブ101に加わるスラスト方向の荷重を受け止める第1のスラスト軸受部110が構成されている。
The upper surface of the
スリーブ103には、連通孔106が設けられている。連通孔106の上部は、第1のスラスト軸受部110の隙間105に繋がり、連通孔106の下部は、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面とが対向する部分の端部付近に繋がっている。また、この部分がラジアル軸受部113の隙間に繋がっている。シャフト102の回転時に第1のスラスト軸受部110および第2のスラスト軸受部111の支持により、ロータとなるハブ101とシャフト102は浮上し、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との間には、隙間が形成される。この隙間が連通孔106によって隙間105と繋がる。そして、流体動圧軸受装置が回転するときに、第1のスラスト軸受部110の強いポンピング力およびラジアル軸受部113の下への圧力差によって、流れは第1のスラスト軸受部110からラジアル軸受部113へ、またラジアル軸受部113の下側から連通孔106を通じて、第1のスラスト軸受部110の外側に戻って循環する。
A
前述したように、回転しない状態において、シャフト102の下端面は、カウンタープレート104の上面に接触している。カウンタープレート104は、スリーブ103の下部に嵌め込まれ、スリーブ103と一体化されている。カウンタープレート104の上面と対向するシャフト102の下端面には、動圧溝102aが形成され、またこの面にはDLC膜(ダイヤモンドライクカーボン膜)が形成され、耐摩耗処理が施されている。耐摩耗処理は、テフロン(登録商標)コーティング処理等の他の方法を用いることもできる。一方、第1のスラスト軸受部の両対向面が接触しないので、動圧溝103aが形成されたスリーブ103の上面はDLCなど耐摩耗処理が不要になる。図3は、シャフト102を図1の下方(カウンタープレート104の側)から見た状態が示されている。図3には、シャフト102の下端面に設けられた動圧発生手段であるスパイラル形状の動圧溝102aが示されている。
As described above, the lower end surface of the
カウンタープレート104の上面と、動圧溝102aが設けられているシャフト102の下端面とによって、ハブ101およびシャフト102に加わるスラスト方向の荷重を受け止める第2のスラスト軸受部111が構成されている。また、シャフト102の端部はラジアル方向に突出したフランジ形状から構成されており、このフランジ形状をしたフランジ部102cがスリーブ103の段差部分103bに対向し、それによりシャフト102の抜け止めとして機能している。動圧溝102aは、フランジ部102cの縁まで形成されている。また、フランジ部102cの側周面とスリーブ103の内周面との径の差の部分に隙間114が形成されている。そして、シャフト102の抜け止め機能としてのフランジ部102cがスリーブ103のラジアル軸受部の軸受面からラジアル方向に突出した段差部分116は極力小さくなるように設定される。
The upper surface of the
動圧溝102aの溝の深さは、動圧溝103aの溝の深さに比較して小さな値に設定されている。また、軸方向から見た場合における第1のスラスト軸受部110の軸受面積を第2のスラスト軸受部の軸受面積に比較して大きくなるように寸法が設定されている。こうすることで、第1のスラスト軸受部110で発生する動圧をより大きく作用させ、第2のスラスト軸受部111で発生する動圧を相対的に小さく作用させることができ、第1のスラスト軸受部110における流体動圧軸受機能を主とし、第2のスラスト軸受部111における流体動圧軸受機能を従とする関係を得ている。
The depth of the
図1に示す軸受構造では、第1のスラスト軸受部110と第2のスラスト軸受部111とが軸方向で離れており、その間にラジアル方向の荷重を支承するラジアル軸受部113が構成されている。また、第1のスラスト軸受部110の上方に相対的な重量物であるハブ101が取り付けられている。よって、第2のスラスト軸受部111において主にスラスト方向の荷重を受け止め、第1のスラスト軸受部110において補助的にスラスト方向の荷重を受け止める構造とするよりも、第1のスラスト軸受部110において主にスラスト方向の荷重を受け止め、第2のスラスト軸受部111において補助的にスラスト方向の荷重を受け止める本構造とする方が、シャフト102を回転自在な状態で保持する構造として高い安定性が得られる。
In the bearing structure shown in FIG. 1, the first
図1の流体動圧軸受装置内部の隙間に充填されている潤滑流体は、テーパーシール部108によって、漏出が防止されている。以下、テーパーシール部108について説明する。図4は、テーパーシール部108の断面図である。なお、図4では、傾斜角の状態が誇張して示されている。
The lubricating fluid filled in the gap inside the fluid dynamic bearing device of FIG. 1 is prevented from leaking by the
テーパーシール部108は、下方に向かって開いた断面構造を有している。より詳細にいうと、テーパーシール部108は、α1の傾斜角で下方に向かって開いたテーパー部108a、β1の傾斜角で下方に向かって開いたテーパー部108b、α2の傾斜角で下方に向かって開いたテーパー部108c、β2の傾斜角で下方に向かって開いたテーパー部108dを備えている。ここで、傾斜角は、α1>β1、α2>β2、α1>α2、β1=β2が満たされるように設定されている。なお、これに限定されることなく、それ以外の設定も可能である。
The
ここで、α1、α2、β1、β2により示される傾斜角は、スリーブ103の外周面に対向するハブ101の内周面101aと、スリーブ103の外周面との間のなす角度である。なお、内周面101aは、軸方向と平行でもよいが、下方にゆくに従い、スリーブ103に近づく傾斜を有した構造とされている。これは、ハブ101の回転時に潤滑流体を遠心力の力によって少しでも上方に追いやる効果を得るためである。
Here, the inclination angles indicated by α 1 , α 2 , β 1 , and β 2 are angles formed between the inner
テーパー部108aとテーパー部108bとによって、第1段目のテーパーシール部が構成され、テーパー部108cとテーパー部108dとによって、第2段目のテーパーシール部が構成されている。すなわち、テーパーシール部108は、2段構成とされている。そして、衝撃等に起因する潤滑流体109の移動がない場合におけるその液面109aの位置は、図4に示されるように、テーパー部108bの下部付近となるように設定することにより、流体動圧軸受装置が定常状態で安定して回転することができる。
The
以下、テーパーシール部108の機能について説明する。例えば、衝撃等により、潤滑流体109の移動が生じ、図4に示す潤滑流体109の液面109aの位置が急激に降下したとする。この際、まず相対的に大きなテーパー部108cの部分で潤滑流体の急激な体積変化が吸収される。この急激な体積変化の吸収が行われることで、潤滑流体の移動速度および振幅が抑制される。つまり、液面109aの移動速度および振幅が抑えられる。一方、大きな傾斜角α1によって、軸方向の短い距離で相対的に大きな隙間を得ることができる。また、小さい傾斜角β1によって、潤滑流体液面109aが振動によって上方へ振動するとき、シール隙間が急に小さくならないので、移動速度と振幅が抑えられる。つまり、液面109aの急激な上下移動の幅が抑えられる。また、液面109aがテーパー部108cの部分を越えてテーパー部108dの部分に到達したとしても、相対的に小さなテーパー部108dの部分では、表面張力が作用し、液面109aを元の上方の位置に戻す作用が働く。これがテーパー部108a,108bとテーパー部108c,108dの組み合わせによるシール効果である。
Hereinafter, the function of the
なお、ここでは、テーパー部108aとテーパー部108bとによる第1段目のテーパーシール部、テーパー部108cとテーパー部108dとによる第2段目のテーパーシール部を配置した2段構成を一例として説明したが、さらに同様な構造による第3段目のテーパーシール部を配置する構成、さらに同様な第4段目以降のテーパーシール部を配置する多段構造も可能である。
Here, a two-stage configuration in which a first-stage taper seal portion including the
また、スリーブ103上面の第1のスラスト軸受部110の軸受面の端部の位置x1とハブ101の内周面の位置x2との間の距離を極力短くするようにする。例えば、第1のスラスト軸受部110における軸受面をスリーブ103の上面の縁まで形成し、傾斜角α1を大きくすることにより、軸方向の短い距離で相対的に大きなシール隙間を得ることができるとともに、x1とx2との間の距離を極力小さくすることができ、シャフト102の振動による流体動圧軸受装置内部の隙間の体積変化による潤滑流体の移動量を低減できる。この潤滑流体の移動量の低減により、テーパーシール部における潤滑流体液面の移動速度および振幅が抑えられ、テーパーシール部からの潤滑流体の漏出を防止できる。
Also, so as short as possible the distance between the position x 2 of the inner circumferential surface of the position x 1 and the
そして、同様にシャフト102のフランジ部102cがスリーブのラジアル軸受面からラジアル方向に突出した部分116を極力小さくなるように設定することも、シャフトの振動による流体動圧軸受装置内隙間の体積変化による潤滑流体の移動量を低減できる。流体移動量の低減により、シールにおける流体液面の移動速度及び振幅が抑えられ、テーパーシールからの潤滑流体の漏れを防止できる。
Similarly, the
また、テーパーシール部108内の終端部付近の、スリーブ103の外周面およびハブ101のスリーブ103の外周面に対向する内周面101aにおける符号115の部分には、潤滑流体109を撥ねる(弾く)性質の撥油剤(Barrier film)が塗布されている。この符号115の部分に塗布された撥油剤には、以下の機能がある。すなわち、シャフト102がスリーブ103に対して偏心した場合、テーパーシール部108の潤滑流体109の液面109aの回転軸に対する傾きが生じる。この傾いた液面の一部がテーパーシール部108のテーパー部108cを超えた場合に、符号115の部分において、潤滑流体109が撥ねられることで、上記液面の傾きが抑えられる。
In addition, the lubricating
(軸受機能)
回転していない状態において、ハブ101およびハブ101と一体化したシャフト102は、カウンタープレート104の上面がシャフト102の下端面と接触することにより支えられている。この際、隙間105が生じる構造とされているので、隙間105には、潤滑流体109が存在し、スリーブ103の上面と、そこに対向するハブ101の下面とは接触していない。
(Bearing function)
When not rotating, the
ハブ101が回転し始めると、それと同時にシャフト102の下端面がカウンタープレート104の上面に接触した状態で回転し始める。回転速度が上がってくると、動圧溝103aの作用により隙間105に存在する潤滑流体109による動圧が第1のスラスト軸受部110において発生し、ハブ101がスリーブ103から持ち上げられる。この際、ハブ101は、スリーブ103に対して静止状態から更に浮上する。ハブ101が持ち上がることで、シャフト102の下端面がカウンタープレート104から離れ、そこに生じた隙間に潤滑流体109が進入する。これにより、図3示す動圧溝102aの作用により、シャフト102をカウンタープレート104から離れる方向に持ち上げる動圧による力が第2のスラスト軸受部111において発生する。またこの際、連通孔106を介して行われる潤滑流体109の循環流れにより、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との間の隙間に対する潤滑流体109の供給が行われる。
When the
こうして、第1のスラスト軸受部110および第2のスラスト軸受部111において発生する動圧により、シャフト102およびハブ101が、ステータであるスリーブ103およびカウンタープレート104に対して浮上し、スラスト方向の荷重を動圧により支承するようにスラスト動圧軸受が機能する。また、スリーブ103の内周面の動圧溝103cの作用により、シャフト102の外周面とスリーブ103の内周面との隙間に動圧が発生し、ラジアル方向の荷重を動圧により支承するようにラジアル動圧軸受が機能する。
Thus, due to the dynamic pressure generated in the first
(スピンドルモータ)
以下、図1の流体動圧軸受装置を用いたスピンドルモータの一例を説明する。図5は、実施形態のスピンドルモータ200の断面構造が示されている。スピンドルモータ200は、図1に示す流体動圧軸受装置100によってハブ101が回転自在な状態で保持された構造を有している。スピンドルモータ200は、ステータ側のベース部材であるベースプレート201を備えている。ベースプレート201には、スリーブ103が嵌め込まれて固定されている。
(Spindle motor)
Hereinafter, an example of a spindle motor using the fluid dynamic bearing device of FIG. 1 will be described. FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the
ベースプレート201には、ステータコアにステータコイルが巻きつけられたステータ構造203が固定されている。ステータ構造203は、後述するロータマグネット207の方向に向かう磁束を生成する電磁石であり、ステータ側の磁極を構成している。ステータ構造203は、4極あるいは6極といった数がシャフト102の回転軸102bを中心とした円周方向に沿って配置されている。なお、図の左右が非対称であり、ステータ構造203の作図の断面の状態が異なるのは、異なる断面が示されていることに起因する。
A
ステータ構造203のステータコイルの巻線の端部は、配線引き出し部205から引き出され、フレキシブルプリント基板206に接続されている。フレキシブルプリント基板206は、外部に引き出され、この外部に引き出された部分に図示しない駆動回路からの配線が接続される。
An end portion of the winding of the stator coil of the
ステータ構造203の外側には、隙間を隔ててロータ側の磁極であるロータマグネット207が配置されている。ロータマグネット207は、ハブ101の外周側に延在し、軸方向に幅のある外周側円環部101bの内側に固定されている。また、ロータマグネット207の下方の隙間を隔てた位置のベースプレート201上には、ハブ101の軸方向における上下の揺動を抑えるためのマグネット208が配置されている。
A
例えば、ハードディスク装置の場合、ハブ101の上部に、磁性記録面を備えたディスク部が固定される。そして、ステータ構造203のステータコイルに駆動電流が流され、それが適切なタイミングで切り替わることで、ステータ側の磁極であるステータ構造203が生成する磁束の向きが規則的に切り替わり、それに伴ってステータ構造203とロータマグネット207との間で生じる磁気吸引力と磁気反発力とが規則的に切り替わり、ハブ101およびハブ101と一体となったシャフト102が回転する。この原理は、通常のDCブラシレスモータの原理と同じである。この回転時に流体動圧軸受装置100の軸受機能により、ハブ101およびシャフト102が支えられ、ハブ101およびシャフト102のスムーズな回転が確保される。
For example, in the case of a hard disk device, a disk unit having a magnetic recording surface is fixed to the upper part of the
(優位性)
シャフト102が回転していないときに、カウンタープレート104の上面にシャフト102の下端面が接触し、またスリーブ103の上面は、ハブ101の下面に接触せず、隙間105が確保されている。この構造によれば、起動時のトルクを抑えることができ、且つ、スラスト方向に加わる衝撃に耐える耐性を高くできる。
(Superiority)
When the
まず、起動トルクを抑えることができる優位性について説明する。上記の構造によれば、非回転時から回転を開始し始める状況において発生する抵抗は、主にカウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との間の摩擦抵抗となる。ここで、第2のスラスト軸受部111の軸受外径は、第1のスラスト軸受部110の軸受外径の内側にあり、第2のスラスト軸受部111の軸受面積の方が相対的に小さく、軸受の半径も相対的に小さいので、非回転時に第1のスラスト軸受部110において、スリーブ103の上面とハブ101の下面とが接触する構造とした場合に比較して、起動時に受ける抵抗トルクが大幅に小さくなる。また、第1のスラスト軸受部110は、回転中心から遠く、回転時の周方向速度が相対的に大きくなるが、ここでの物理的な接触は行われないので、動圧溝103aの摩耗が抑えられる。また、起動時に隙間105が確保され、そこに潤滑流体109が充填されているので、回転起動後に潤滑流体109の循環が早く形成され、軸受が早く安定な状態となる。特に、第1のスラスト軸受部110は、回転中心から遠く、回転時の周方向速度が相対的に大きく、また第1のスラスト軸受部110の軸受面積を相対的に大きく確保しているので、動圧がより効果的にまた素早く発生する。このことも、起動トルクの低減に寄与する。また、安定した回転が素早く得られる点で効果がある。
First, the superiority that can suppress the starting torque will be described. According to the above structure, the resistance generated in the situation where the rotation starts from the non-rotation time is mainly the frictional resistance between the upper surface of the
次に、スラスト方向に加わる衝撃に耐える耐性を高くできる優位性について説明する。上記の構造によれば、スリーブ103の上面とハブ101の下面との間における第1のスラスト軸受部110と、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との間における第2のスラスト軸受部111との二つのスラスト軸受によって、スラスト方向の荷重が支承される。この構造によれば、第1のスラスト軸受部110においては、スラスト軸受の面積が大きく確保されるので、軸受剛性が高くなり、スラスト方向に加わる衝撃に耐える能力が高くなる。
Next, the superiority that can withstand the impact applied in the thrust direction can be increased. According to the above structure, the first
また、回転時において、何らかの要因により、シャフト102が下方に押し込まれた場合、カウンタープレート104の上面にシャフト102の下端面が接触することはあるが、スリーブ103の上面にハブ101の下面が接触することはない。このため、より周方向速度の大きい部分であるハブ101の下面がスリーブ103の上面に接触し、スリーブ103の側に設けられた動圧溝103a(図2参照)が破損することが避けられる。なお、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面とが接触することでの動圧溝102a(図3参照)の破損の可能性はあるが、この部分は、シャフト102の回転軸に近い部分であり、周方向速度が相対的に小さいので、動圧溝103aの部分の接触による破損に比較すれば、その可能性は小さい。この点でもスラスト方向への衝撃に対する耐性が高くなる。
Further, when the
シャフト102の下端面に動圧溝102aを設ける場合には、シャフト102の下端面に、DLC膜の形成による耐摩耗処理を施すことが必要になる。一方、第1のスラスト軸受部110においては、スリーブ103の上面とハブ101の下面とが接触しないため、動圧溝が形成されたスリーブ103の上面はDLCなどの耐摩耗処理が不要になる。これにより、耐摩耗処理は、工程が増加せず、製造コストが上昇しない。
When the
2つの傾斜角で構成された構造を1段としたものを2段に配置したテーパーシール部108を備えている。これにより、何らかの理由により、潤滑流体が封入された部分から噴出するような力が作用しても、それが抑えられる。すなわち、大きい傾斜角のところで潤滑流体の急激な体積変化が吸収され、また潤滑流体の液面の移動速度と振幅が抑えられる。そして、小さい傾斜角のところで、表面張力により液面の位置を保持させる機能が働くことになる。こうすることで、シール特性を確保しつつテーパーシールの長さを抑えることができる。
A
連通孔106が設けられていることで、流体動圧軸受装置内部における潤滑流体の循環が行われるとともに、軸方向における異なる位置に設けられた第1のスラスト軸受部110と第2のスラスト軸受部111との間で潤滑流体の移動が確保されている。このため、2つのスラスト軸受部における隙間の変動に起因する潤滑流体の移動がスムーズに行われる。このため、スリーブ103に対するシャフト102の軸方向への急激な移動に伴う負圧の発生が抑えられ、キャビテーションの発生が抑えられる。
By providing the
また、図2に示されるように、連通孔106の開口部を第1のスラスト軸受部110における動圧溝103aが設けられた領域に設けている。こうすることで、第1のスラスト軸受部110の動圧発生に寄与する有効面積を確保しつつ、連通孔106の機能を確保でき、ラジアル方向の寸法を抑えつつ、ハブ101の質量、すなわち回転体の質量を減らすことができる。この回転体質量を減らすことで、衝撃などを受けたときの振幅を減らすことができ、テーパーシールの漏れが抑えられる効果も得られる。
Further, as shown in FIG. 2, the opening of the
通常、回転物体の重心の偏心、荷重の影響などにより、軸受は回転するとき若干の偏心がある。また、スピンドルモータが水平姿勢で衝撃などを受けたときも、軸受は偏心する。この際、テーパーシールにおける潤滑流体が回転軸に対して周方向に傾く状態となる。本実施形態では、撥油剤(Barrier film)をテーパーシール部の内部の終端位置付近(図4の符号115の範囲)に塗ることで、上記の偏心に起因する潤滑流体の傾きが生じ、潤滑流体が撥油剤の位置に到達するとき、そこで潤滑流体が撥ねられることで、上記潤滑流体の傾きが抑えられる。
Normally, the bearing has a slight eccentricity when it rotates due to the eccentricity of the center of gravity of the rotating object and the influence of the load. The bearing is also eccentric when the spindle motor is subjected to an impact in a horizontal posture. At this time, the lubricating fluid in the taper seal is inclined in the circumferential direction with respect to the rotation axis. In the present embodiment, an oil repellent (Barrier film) is applied in the vicinity of the end position inside the taper seal portion (in the range indicated by
(変形例1)
図4には、傾斜角α1とβ1により構成される1段目のシール部、傾斜角α2とβ2により構成される2段目のシール部により構成された2段構造のテーパーシール部108が示されている。この変形例として、1段構造のテーパーシール部とすることも可能である。以下、この1段構造としたテーパーシール部の例を図6に基づいて説明する。図6には、テーパーシール部300が示されている。テーパーシール部300は、相対的に大きい傾斜角αであるテーパー部301、相対的に小さい傾斜角βであるテーパー部302により構成されている。ここで、角度関係は、α>βであり、45°≧α≧30°、0°<β<15°の範囲とするのが好ましい。この角度範囲で、テーパー部301において、軸方向の短い距離で相対的に大きな隙間を得ることができるとともに、x1とx2との間の距離を極力小さくすることができ、シャフト102の振動による流体動圧軸受装置内の隙間の体積変化による潤滑流体109の移動量を低減できる。この潤滑流体109の移動量の低減により、テーパーシール部における潤滑流体109の液面109aの移動速度および振幅が抑えられる。また、テーパー部302の相対的に大きな隙間で潤滑流体109の移動量を吸収することによる潤滑流体の移動速度の抑制効果、および潤滑流体109の振幅の低減効果が得られ、さらにテーパー部302において表面張力を利用した潤滑流体109の液面109aを保持する機能が得られる。なお、これらの効果を得るために、流体動圧軸受装置が定常状態で安定して回転しているときには、潤滑流体109の液面109aの位置は、テーパー部302の中部の位置であることが好ましい。
(Modification 1)
FIG. 4 shows a two-stage taper seal composed of a first-stage seal portion constituted by inclination angles α 1 and β 1 and a second-stage seal portion constituted by inclination angles α 2 and β 2. Portion 108 is shown. As a modified example, a taper seal portion having a one-stage structure may be used. Hereinafter, an example of the taper seal portion having the one-stage structure will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a
(変形例2)
テーパーシール構造の他の例を説明する。図7には、テーパーシール部400が示されている。テーパーシール部400は、相対的に小さい傾斜角βであるテーパー部401に続き、相対的に大きい傾斜角αであるテーパー部402と相対的に小さい傾斜角βであるテーパー部403により構成される第1段目のシール部、相対的に大きい傾斜角αであるテーパー部404と相対的に小さい傾斜角βであるテーパー部405により構成される第2段目のシール部により構成されている。
(Modification 2)
Another example of the taper seal structure will be described. FIG. 7 shows a
テーパー部402および404の傾斜角は、30°以下とすることが好ましい。そして、流体動圧軸受装置が定常状態で安定して回転しているときには、潤滑流体109の液面109aの位置は、ハブ101の上端部から始まる相対的に小さい傾斜角βのテーパー部401の下部の位置であることが好ましい。このようにすることで、テーパー部402と404により、潤滑流体の移動量を吸収することによる潤滑流体109の移動速度の抑制効果、および潤滑流体の振幅の低減効果を得ることができる。特にテーパー部を2段配置とすることで、液面109aの移動を効果的に抑えることができる。そして、このテーパーシール部400は階段構造になっているため、テーパーシールの開始端と終端のラジアル隙間に大幅な差が生じないため、テーパーシール部を、より多段階設けることができるという利点がある。
The inclination angle of the tapered
(変形例3)
カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との一方または両方に凹部を設け、両者の接触面積を制限する構造も可能である。図8には、シャフト102の下端面の側に凹部を設けた構成の断面が示されている。図8(A)には、第1の例が示され、図8(B)には、第2の例が示されている。なお、図8には、シャフト102が回転しておらず、カウンタープレート104の上面にシャフト102の下端面が接触している状態が示されている。
(Modification 3)
A structure in which a concave portion is provided on one or both of the upper surface of the
図8(A)の例では、シャフト102の下端面の中央部に窪み501が設けられ、この部分でシャフト102とカウンタープレート104とが接触しないようにすることで、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との接触面積を減らした例が示されている。図8(B)には、シャフト102の回転軸から等距離の部分に円環状の窪み502を形成し、それによりシャフト102の下端面とカウンタープレート104の上面との接触面積を減らした例が示されている。図8には、シャフト102側に窪みを設け、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との接触面積を減らす例が示されているが、カウンタープレート104側あるいはカウンタープレート104側およびシャフト102の下端面側の双方に窪みを設ける構造も可能である。また窪みの数も一つに限定されず、複数とすることが可能である。なお、この構造においてもカウンタープレート104の上面およびシャフト102の下端面の少なくとも一方に動圧溝を設け、動圧による浮上効果が得られるようにすることが好ましい。
In the example of FIG. 8A, a recess 501 is provided at the center of the lower end surface of the
(変形例4)
カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面の一方または両方を平面とせず、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との間に部分的に隙間が形成される構造も可能である。図9(A)には、シャフト102の下端面をおわん型の湾曲面503とした場合の断面図が示されている。図9(B)には、シャフト102の下端面を、中央先端を尖らせた円錐面504とした場合の断面図が示されている。これらの構造によれば、カウンタープレート104の上面とシャフト102の下端面との接触が制限されるので、起動時のトルクを下げることができる。
(Modification 4)
A structure in which one or both of the upper surface of the
なお、図9の例示では、カウンタープレート104側は平坦な構造であるが、カウンタープレート104側の断面構造を湾曲面あるいは円錐形状としてもよい。また、カウンタープレート104側とシャフト102側との双方を非平面とする構造も可能である。また、この構造においてもカウンタープレート104の上面およびシャフト102の下端面の少なくとも一方に動圧溝を設けることが可能である。
In the illustration of FIG. 9, the
(その他)
第2のスラスト軸受部111に動圧溝を設けない構造も可能である。この場合、スラスト方向の動圧による軸受の負荷容量および剛性は、図1の構造の場合よりも低いものとなるが、構造は簡素化される。
(Other)
A structure in which no dynamic pressure groove is provided in the second
図1および図2に示す例では、第1のスラスト軸受部110における動圧溝103aは、スリーブ103の側に設けられ、対向するハブ101の面はフラットな面とされている。また、第2のスラスト軸受部111の動圧溝102aは、シャフト102の側に形成され、対向するカウンタープレート104の面はフラットな面とされている。また、ラジアル軸受部113は、スリーブ103の内周面に動圧溝103cが設けられ、対向するシャフト102の外周面には動圧溝は設けられていない。しかしながら、各軸受面における動圧溝の形成は、上記組み合わせに限定されない。例えば、第1のスラスト軸受部110における動圧溝103aをスリーブ103の側ではなく、対向するハブ101の側の面に設けてもよい。また、第2のスラスト軸受111の動圧溝102aは、シャフト102の側ではなく、対向するカウンタープレート104の側の面に設けてもよい。また、ラジアル軸受部113において、スリーブ103側に動圧溝を設けるのではなく、対向するシャフト102の外周面に動圧溝を設ける構造も可能である。また、動圧溝は、対向する面の一方の側のみに限定されず、対向する面の両方に設ける構成も可能である。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
各部の動圧溝の形状は、例示したものに限定されず、動圧を発生させることができる形状であれば、テーパー形状等の多様な形状のものを利用することができる。 The shape of the dynamic pressure groove in each part is not limited to the exemplified one, and various shapes such as a tapered shape can be used as long as the dynamic pressure can be generated.
スリーブの外径を大きくすることが許容される場合において、スリーブ103の上面の動圧溝103aを設けた外側にフラットな面を設け、そこに連通孔106の上部側の開口を位置させる構成も可能である。
In the case where it is allowed to increase the outer diameter of the sleeve, there is also a configuration in which a flat surface is provided outside the upper surface of the
本明細書で開示される発明を利用した流体動圧軸受装置は、携帯情報機器や光ディスク等の各種の駆動源における軸受装置として広く利用することができる。また、本明細書で開示される発明を利用したスピンドルモータは、ハードディスク装置におけるディスクの駆動用途以外に、各種部材の回転を行わせるための駆動源として利用することができる。 The fluid dynamic bearing device using the invention disclosed in this specification can be widely used as a bearing device in various drive sources such as portable information devices and optical disks. In addition, the spindle motor using the invention disclosed in this specification can be used as a drive source for rotating various members in addition to the use of driving a disk in a hard disk device.
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.
本発明は、流体動圧軸受装置および流体動圧軸受装置を用いたスピンドルモータに利用することができる。 The present invention can be used for a fluid dynamic bearing device and a spindle motor using the fluid dynamic bearing device.
100…流体動圧軸受装置、101…ハブ、102…シャフト、102b…シャフトの回転軸、102c…フランジ部、103…スリーブ、103b…段差部分、104…カウンタープレート、105…第1のスラスト軸受部の隙間、106…連通孔、107…中空部、108…テーパーシール部、108a,108b,108c,108d…テーパー部、109…潤滑流体、109a…潤滑流体の液面、110…第1のスラスト軸受部、111…第2のスラスト軸受部、113…ラジアル軸受部、114…隙間、115…撥油剤塗布部分、116…シャフトのフランジ部の段差部分、200…スピンドルモータ、201…ベースプレート、203…ステータ構造、205…配線引き出し部、206…フレキシブルプリント基板、207…ロータマグネット、208…マグネット、300…テーパーシール部、301,302…テーパー部、400…テーパーシール部、401,402,403,404…テーパー部、501,502…窪み、503…湾曲面、504…円錐面。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記シャフトと一体となったハブと、
前記シャフトを回転自在な状態で内側において保持すると共に上面が前記ハブの下面に対向するスリーブと、
前記シャフトの下端面に接触可能なカウンタープレートと
を備え、
前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面との間において、ラジアル方向の荷重を支える少なくとも一つのラジアル軸受部が構成され、
前記スリーブの前記上面と前記ハブの前記下面との間において、スラスト方向の荷重を支える第1のスラスト軸受部が構成され、
前記カウンタープレートの上面と前記シャフトの下端面との間において、スラスト方向の荷重を支える第2のスラスト軸受部が構成され、
前記シャフトの非回転時において、前記第1のスラスト軸受部における前記スリーブの前記上面と前記ハブの前記下面とは接触せずに隙間が形成されており、且つ、前記第2のスラスト軸受部における前記カウンタープレートの上面と前記シャフトの下端面とが接触する構成を有する流体動圧軸受装置であって、
該流体動圧軸受装置の内部には潤滑流体が連続的に充填されており、
前記シャフトが回転すると、前記第1のスラスト軸受部における前記隙間に充填されている前記潤滑流体により動圧が発生し、前記シャフトが前記カウンタープレートから浮上することを特徴とする流体動圧軸受装置。 A shaft,
A hub integrated with the shaft;
A sleeve that holds the shaft in a rotatable state on the inside and has an upper surface facing the lower surface of the hub;
A counter plate capable of contacting the lower end surface of the shaft,
Between the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve, at least one radial bearing portion that supports a radial load is configured,
A first thrust bearing portion configured to support a load in a thrust direction is configured between the upper surface of the sleeve and the lower surface of the hub,
Between the upper surface of the counter plate and the lower end surface of the shaft, a second thrust bearing portion that supports a load in the thrust direction is configured,
When the shaft does not rotate, a gap is formed without contacting the upper surface of the sleeve and the lower surface of the hub in the first thrust bearing portion, and in the second thrust bearing portion. A fluid dynamic bearing device having a configuration in which an upper surface of the counter plate and a lower end surface of the shaft are in contact with each other,
The fluid dynamic bearing device is continuously filled with a lubricating fluid,
When the shaft rotates, a dynamic pressure is generated by the lubricating fluid filled in the gap in the first thrust bearing portion, and the shaft floats from the counter plate. .
前記シャフトの軸方向における前記シャフトの下端面から前記第1のスラスト軸受部を構成する前記ハブの前記下面までの距離をL2とした場合に、
L1<L2の関係が成立することを特徴とする請求項1に記載の流体動圧軸受装置。 The distance from the upper surface of the counter plate in the axial direction of the shaft to the upper surface of the sleeve constituting the first thrust bearing portion and L 1,
The distance from the lower end surface of the shaft in the axial direction of the shaft to the lower surface of the hub constituting the first thrust bearing portion when the L 2,
The fluid dynamic bearing device according to claim 1, wherein a relationship of L 1 <L 2 is established.
前記第2のスラスト軸受部における前記動圧溝に比較して、前記第1のスラスト軸受部における前記動圧溝の深さが深いことを特徴とする請求項1または2に記載の流体動圧軸受装置。 The first and second thrust bearing portions are provided with dynamic pressure grooves on at least one surface of both bearing surfaces facing each other,
3. The fluid dynamic pressure according to claim 1, wherein a depth of the dynamic pressure groove in the first thrust bearing portion is deeper than that of the dynamic pressure groove in the second thrust bearing portion. Bearing device.
前記スリーブの前記外周面と前記ハブの前記内周面との間に形成された前記ラジアル方向の隙間には前記潤滑流体の漏出を防止するテーパーシール部が設けられており、
前記テーパーシール部は、軸方向に沿って前記ラジアル方向の隙間が漸次拡大するテーパー断面形状を有し、
前記テーパー断面形状は、前記潤滑流体の前記漏出する方向に沿って、第1の傾斜角の部分と、この第1の傾斜角の部分に続く、前記第1の傾斜角よりも小さな傾斜角を有する第2の傾斜角の部分とを有した構造を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の流体動圧軸受装置。 The hub has an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the sleeve with a radial gap therebetween,
The radial gap formed between the outer peripheral surface of the sleeve and the inner peripheral surface of the hub is provided with a taper seal portion that prevents leakage of the lubricating fluid,
The tapered seal portion has a tapered cross-sectional shape in which the radial gap gradually increases along the axial direction;
The tapered cross-sectional shape has a first inclination angle portion and an inclination angle smaller than the first inclination angle following the first inclination angle portion along the leaking direction of the lubricating fluid. 6. The fluid dynamic bearing device according to claim 1, comprising a structure having a second inclined angle portion.
前記スリーブが固定されたベースプレートと、
前記ハブの外周側に配置されたロータマグネットと、
前記ベースプレートに固定され前記ロータマグネットと隙間を隔てて配置された電磁石と
を備えることを特徴とするスピンドルモータ。 A fluid dynamic bearing device according to any one of claims 1 to 9,
A base plate to which the sleeve is fixed;
A rotor magnet disposed on the outer peripheral side of the hub;
A spindle motor comprising: an electromagnet fixed to the base plate and disposed with a gap from the rotor magnet.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011080115A JP2012215218A (en) | 2011-03-31 | 2011-03-31 | Fluid dynamic pressure bearing device and spindle motor |
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Cited By (1)
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CN106763194A (en) * | 2017-02-27 | 2017-05-31 | 重庆江增船舶重工有限公司 | A kind of sliding bearing sealing structure |
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2011
- 2011-03-31 JP JP2011080115A patent/JP2012215218A/en not_active Withdrawn
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