JP2016217477A - Rotary apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転機器に関する。 The present invention relates to a rotating device.
近年、回転機器の一種であるハードディスクドライブなどのディスク駆動装置は、一層の高密度・大容量化が求められている。ハードディスクドライブは、流体動圧を用いた動圧軸受機構を搭載することによって、磁気記録ディスクを高速で回転させる。ハードディスクドライブは、磁気記録ディスク上の記録トラックに含まれる磁気データのリード/ライトのために、磁気記録ディスクの表面に磁気ヘッドを僅かな隙間をもって配置する。 In recent years, disk drives such as hard disk drives, which are a type of rotating equipment, are required to have higher density and capacity. A hard disk drive rotates a magnetic recording disk at high speed by mounting a hydrodynamic bearing mechanism using fluid dynamic pressure. In a hard disk drive, a magnetic head is arranged on the surface of a magnetic recording disk with a slight gap for reading / writing magnetic data contained in a recording track on the magnetic recording disk.
動圧軸受機構は、相互に回転を許容するシャフトとシャフト環囲部材の隙間に潤滑剤が塗布されている。シャフトとシャフト環囲部材が相対回転することで発生する動圧によって、シャフト及びシャフトに接続された回転体が非接触状態で支持される(例えば、特許文献1参照)。回転体が動圧によって支持されることによって、回転体に搭載された磁気記録ディスクの振れ精度は小さく抑えられる。 In the hydrodynamic bearing mechanism, a lubricant is applied to a gap between a shaft and a shaft surrounding member that allow rotation to each other. The dynamic pressure generated by the relative rotation of the shaft and the shaft surrounding member supports the shaft and the rotating body connected to the shaft in a non-contact state (see, for example, Patent Document 1). Since the rotating body is supported by dynamic pressure, the deflection accuracy of the magnetic recording disk mounted on the rotating body can be kept small.
このような動圧軸受機構において、まれに動圧が不安定になることがある。動圧が不安定になるとそのタイミングで回転体に搭載された磁気記録ディスクの振れが増大する可能性がある。この場合、特に非繰り返し振れ(Non-repeatable runout)が増大することが考えられる。 In such a dynamic pressure bearing mechanism, the dynamic pressure sometimes becomes unstable. When the dynamic pressure becomes unstable, there is a possibility that the shake of the magnetic recording disk mounted on the rotating body increases at that timing. In this case, it can be considered that non-repeatable runout increases.
このような状況の下、本発明者は以下の課題を認識した。ハードディスクドライブの大容量化を進めるひとつの手法として、記録トラックの幅を狭くする方法がある。しかし、記録トラックの幅を狭くした場合、磁気記録ディスクの振れの増大によって磁気ヘッドのトレースが乱れる可能性が高くなる。動圧軸受機構の動圧が不安定になることは磁気記録ディスクの振れ増大の要因となりうる。なお、このような課題は、ハードディスクドライブ以外の回転機器についても生じうる。 Under such circumstances, the present inventor has recognized the following problems. One method for increasing the capacity of a hard disk drive is to reduce the width of a recording track. However, when the width of the recording track is narrowed, there is a high possibility that the trace of the magnetic head is disturbed due to an increase in the deflection of the magnetic recording disk. The instability of the dynamic pressure of the hydrodynamic bearing mechanism can be a factor in increasing the vibration of the magnetic recording disk. Such a problem can also occur in rotating devices other than hard disk drives.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は回転機器の動圧の不安定化を抑制する技術を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which suppresses instability of the dynamic pressure of rotary equipment.
本発明の第1態様は回転機器である。この回転機器は、回転軸を中心に回転自在に支持される回転体と、回転軸に沿って延在するシャフトと、シャフトの一端側に固定される第1フランジと、を含む軸体と、シャフトを環囲するシャフト環囲部と、第1フランジを収容するフランジ環囲部と、を含む軸受体と、を備える。軸体と軸受体の少なくとも一つに潤滑剤に動圧を発生する動圧発生溝が設けられ、軸受体には回転軸から偏倚した位置に軸方向に貫通する連通路が設けられ、フランジ環囲部には連通路の第1開口が設けられ、フランジ環囲部の第1フランジを環囲する周壁には第1開口から軸方向に延在する周壁凹部が設けられる。 The first aspect of the present invention is a rotating device. The rotating device includes a rotating body that is rotatably supported around a rotating shaft, a shaft that extends along the rotating shaft, and a first flange that is fixed to one end of the shaft; A bearing body including a shaft surrounding portion that surrounds the shaft and a flange surrounding portion that houses the first flange. At least one of the shaft body and the bearing body is provided with a dynamic pressure generating groove for generating a dynamic pressure in the lubricant, and the bearing body is provided with a communication passage penetrating in the axial direction at a position deviated from the rotating shaft. The surrounding portion is provided with a first opening of the communication passage, and the peripheral wall surrounding the first flange of the flange surrounding portion is provided with a peripheral wall recess extending in the axial direction from the first opening.
本発明によれば、回転機器の動圧の不安定化を抑制する技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which suppresses instability of the dynamic pressure of rotary equipment can be provided.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components and members shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. Also, in the drawings, some of the members that are not important for describing the embodiment are omitted.
実施の形態に係る回転機器は、例えば、磁気的にデータを記録する磁気記録ディスクを搭載し、それを回転駆動するハードディスクドライブなどのディスク駆動装置として好適に用いることができる。回転機器は、静止体に軸支機構を介して回転自在に取り付けられる回転体を含むことができる。この回転体は、例えば磁気記録ディスクなどの被駆動メディアを搭載するように構成された搭載機構を含むことができる。この軸支機構は、例えば潤滑剤を含み、潤滑剤に動圧を発生させることができる。この軸支機構は、例えば静止体と回転体の何れかに構成されたラジアル軸支機構とスラスト軸支機構とを含むことができる。このスラスト軸支機構は、例えばラジアル軸支機構の半径方向外側に配置することができる。回転機器は、回転体に回転トルクを付与すべき回転駆動機構を備えることができる。この回転駆動機構は、例えばブラシレススピンドルモータとすることができる。この回転駆動機構は、コイルとマグネットを含むことができる。 The rotating device according to the embodiment can be suitably used, for example, as a disk drive device such as a hard disk drive that mounts a magnetic recording disk for magnetically recording data and rotationally drives it. The rotating device can include a rotating body that is rotatably attached to the stationary body via a shaft support mechanism. The rotating body can include a mounting mechanism configured to mount a driven medium such as a magnetic recording disk. This shaft support mechanism includes a lubricant, for example, and can generate a dynamic pressure in the lubricant. The shaft support mechanism can include, for example, a radial shaft support mechanism and a thrust shaft support mechanism that are configured as either a stationary body or a rotating body. The thrust shaft support mechanism can be disposed, for example, on the radially outer side of the radial shaft support mechanism. The rotating device can include a rotation driving mechanism that should apply a rotating torque to the rotating body. This rotational drive mechanism can be a brushless spindle motor, for example. The rotational drive mechanism can include a coil and a magnet.
(実施の形態)
図1〜9を参照する。図1〜9では説明する上で重要ではない部材は省略して示している。
図1は、実施の形態に係る回転機器100を示す斜視図である。図1は、発明の理解を容易にするため、トップカバー22を分離した状態を示す。図2は図1のA−A線断面図である。
回転機器100は、シャーシー24と、シャフト110と、ハブ26と、磁気記録ディスク62と、クランパ78と、データリード/ライト部60と、トップカバー22と、例えば6個のネジ104と、を含む。
(Embodiment)
Reference is made to FIGS. In FIG. 1 to FIG. 9, members that are not important for explanation are omitted.
FIG. 1 is a perspective view showing a
The
以降、シャーシー24に対してハブ26が設けられる側を上側として説明する。また、回転体の回転軸Rに沿った方向を軸方向と、回転軸Rに垂直な平面上で回転軸Rを通る任意の方向を半径方向と、当該平面上における任意の方向を平面方向ということがある。かかる方向の表記は回転機器100が使用される姿勢を制限するものではなく、回転機器100は任意の姿勢で使用され得る。
Hereinafter, the side where the
磁気記録ディスク62は、例えば、外径が約90mmのアルミニウム合金製の3.5インチ型磁気記録ディスクであり、その中央孔の直径は25mmである。例えば5枚の磁気記録ディスク62が、ハブ26に搭載され、ハブ26の回転に伴って回転する。磁気記録ディスク62は、スペーサ72とクランパ78とによってハブ26に固定される。クランパ78とスペーサ72については後述する。
The
シャーシー24は、回転機器100の底部を形成する底板部24aと、磁気記録ディスク62の載置領域を囲むように底板部24aの外周に沿って形成された外周壁部24bと、を有する。外周壁部24bの上面には、ネジ孔24cが、例えば6つ設けられる。なおシャーシはベースと表記することがある。
The
データリード/ライト部60は、記録再生ヘッド(不図示)と、スイングアーム64と、ボイスコイルモータ66と、ピボットアセンブリ68と、を含む。記録再生ヘッドは、スイングアーム64の先端部に取り付けられ、磁気記録ディスク62にデータを記録し、あるいは、磁気記録ディスク62からデータを読み取る。ピボットアセンブリ68は、スイングアーム64をシャーシー24に対してヘッド回転軸Sの周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ66は、スイングアーム64をヘッド回転軸Sの周りに揺動させ、記録再生ヘッドを磁気記録ディスク62の上面上の所望の位置に移動させる。ボイスコイルモータ66およびピボットアセンブリ68は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。
The data read / write
トップカバー22は、平面視で略矩形の薄板で、周辺に設けられる例えば6つの貫通孔22cを有する。トップカバー22は、例えばアルミニウム板や鉄鋼板をプレス加工することによって所定の形状に形成される。トップカバー22は、例えば鍍金等の表面層を有してもよい。トップカバー22は、例えば、6つのネジ104を用いてシャーシー24の外周壁部24bの上面に固定される。それぞれのネジ104は、それぞれの貫通孔22cとネジ孔24cにそれぞれ対応する。特にトップカバー22と外周壁部24bの上面とは互いに固定される。回転機器100の内側には、シャーシー24の底板部24aと、外周壁部24bと、トップカバー22と、で囲まれるディスク収納空間70が構成される。このディスク収納空間70は密閉され、例えばヘリウムを含む清浄な気体で満たされる。
The
静止体2は、軸受体8と、ステータコア32と、コイル30と、配線板34と、をさらに含む。軸受体8は、シャフト110を隙間を介して環囲するシャフト環囲部材42と、蓋部128を備える。回転体4は、ハブ26と、軸体6と、ヨーク138と、マグネット28と、をさらに含む。軸体6は、シャフト110と、シャフト110の他端側(図中上側)に固定されたフランジカップ12と、シャフト110の一端側(図中下側)に固定された第1フランジ112とを含む。シャフト110は他端側がハブ26に固定される。回転体4と静止体2とは、軸体6と軸受体8との隙間の一部に潤滑剤20が塗布される。潤滑剤20は軸体6と軸受体8の隙間に連続的に介在してもよい。また、軸体6と、軸受体8と、潤滑剤20とは後述する動圧発生溝と共に動圧軸受機構52を構成する。
The
(シャーシ)
シャーシー24は、アルミニウム合金をダイカスト成型により形成できる。シャーシー24は、例えばステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属板をプレス加工して形成してもよい。この場合、シャーシー24は、一部にプレス加工によって型押しされた型押し面を含むことができる。シャーシー24は、例えばニッケル等の鍍金層、あるいは例えばエポキシ樹脂等の樹脂コーティング層などの表面層を有してもよい。また、シャーシー24は、一部が樹脂で形成された部分を含んでもよい。シャーシー24は底板部24aが2枚以上の板が積層されてもよい。
(Chassis)
The
シャーシー24は、回転軸Rを中心とした円筒状の突出部24eを備える。突出部24eは、底板部24aの上面からハブ26に向かって突出する。突出部24eの中央には軸方向に貫通する軸受孔24dが設けられる。軸受孔24dの内周壁は回転軸Rを囲む円筒状に形成される。軸受孔24dの内周壁には動圧軸受機構52の軸受体8の一部が挿入され固着される。軸受孔24dは底部を有する非貫通孔であってもよい。
The
(ステータコア)
ステータコア32は、円環部と、円環部から半径方向に延在する例えば12個の突極とを含む。ステータコア32は、例えば、0.2mm〜0.35mm厚の電磁鋼板を5枚〜30枚積層して形成される。実施の形態では、一例として、0.2mm厚の電磁鋼板が17枚積層されている。ステータコア32の表面には、例えば、電着塗装膜や粉体塗装膜などの表面層が設けられる。
(Stator core)
The stator core 32 includes an annular portion and, for example, 12 salient poles extending in the radial direction from the annular portion. The stator core 32 is formed, for example, by laminating 5 to 30 electromagnetic steel plates having a thickness of 0.2 mm to 0.35 mm. In the embodiment, as an example, 17 electromagnetic steel sheets having a thickness of 0.2 mm are laminated. On the surface of the stator core 32, for example, a surface layer such as an electrodeposition coating film or a powder coating film is provided.
ステータコア32は突出部24eの外周面に設けられた段部に着座する。ステータコア32の円環部の内周側の下端側部分は突出部24eの段部に嵌め込まれて、圧入、接着または圧入接着によって固定される。ステータコア32を接着する接着剤は蛍光体を含んでもよい。
The stator core 32 is seated on a step portion provided on the outer peripheral surface of the protruding
(コイル)
ステータコア32の各突極にはコイル30が巻回される。コイル30の引出線30aはシャーシー24に固定された配線板34に接続される。コイル30に配線板34を介して3相の駆動電流が流れることにより、ステータコア32の突極に駆動磁束が発生する。
(coil)
A
(ハブ)
ハブ26は、それぞれ回転軸Rを囲む環状の円盤部26dと、嵌合部26eと、載置部26jとを含む。ハブ26は、例えばアルミニウム合金などの非鉄金属材料やステンレス鋼などの鉄鋼材料から切削加工によって形成できる。円盤部26dは、中央に軸方向に貫通する開口26bが設けられる。開口26bにはシャフト110が固定される。嵌合部26eは、円盤部26dの外周部から軸方向下側に延在して外筒面に磁気記録ディスク62の中央孔が嵌め込まれる。載置部26jは、嵌合部26eの外周面の下部から半径方向外向きに延在し、一番下の磁気記録ディスク62が載置される。ハブ26は、円盤部26dと嵌合部26eと載置部26jとが一体に形成される。
(Hub)
The
(スペーサ)
スペーサ72は、回転軸Rを囲む中空環状の部材で、例えばSUS303(ステンレス鋼の一種。以下同様)などの金属材料から切削加工によって形成される。スペーサ72は、その内周面が嵌合部26eに嵌め込まれ、軸方向に隣接する2枚の磁気記録ディスク62の間に設けられる。
(Spacer)
The
(クランパ)
クランパ78は、回転軸Rを囲む中空円盤状の部材で、例えばSUS303などの金属材料から切削加工によって形成される。クランパ78は、外周の下面78bが磁気記録ディスク62の上面に当接し、中央孔がハブ26の上面から突出する突出部26kに嵌め込まれる。クランパ78は、例えばファスナー(不図示)によってハブ26の上面に固定される。クランパ78は、磁気記録ディスク62をスペーサ72と共にハブ26の載置部26jに固定する。
(Clamper)
The
(ヨーク)
ヨーク138は、回転軸Rを囲む環状の部材で、中空の円筒部と円筒部の上端から半径方向内側に延在する延在部と、を含む。ヨーク138は、例えば軟磁性を有する鉄鋼材料から、プレス加工や切削加工によって形成される。ヨーク138は、円筒部の外周面がハブ26の嵌合部26eの内周面に接着固定される。ヨーク138を接着する接着剤は蛍光体を含んでもよい。ヨーク138は、円筒部の内周面にマグネット28が嵌め込まれる。ヨーク138は、延在部の下端がマグネット28に当接し、延在部の上端がハブ26に当接する。ヨーク138は、表面に鍍金やコーティングなどによる表面層を有してもよい。
(yoke)
The
(マグネット)
マグネット28は、回転軸Rを囲む環状の部材で、例えばフェライト系の磁石材料や希土類系の磁石材料から形成される。マグネット28はポリアミド樹脂などのバインダーを含んでもよい。マグネット28の表面には電着塗装膜やスプレー塗装膜などの表面層が設けられてもよい。マグネット28の内周面には、例えば8極または16極の磁極が設けられる。マグネット28の外周面はヨーク138の内周面に接着固定される。マグネット28を接着する接着剤は蛍光体を含んでもよい。
(magnet)
The
(動圧軸受機構)
軸体6と、軸受体8と、潤滑剤20とは、さらに動圧軸受機構52を構成する。動圧軸受機構52は、軸体6と軸受体8の軸方向隙間にスラスト動圧軸受部が設けられ、軸体6と軸受体8の半径方向隙間にラジアル動圧軸受部が設けられる。軸体6と軸受体8との隙間には潤滑剤20が塗布される。
(Dynamic pressure bearing mechanism)
The shaft body 6, the bearing
(軸体)
軸体6は、シャフト110と、シャフト110のシャーシー24から遠い方の他端側に固定されるフランジカップ12と、シャフト110の一端側に固定される第1フランジ112と、を含む。
(Shaft)
The shaft body 6 includes a
(シャフト)
シャフト110は、回転軸Rに沿って延在する略円筒状の部材で、例えば、SUS420J2(ステンレス鋼の一種。以下同様)やSUS430やSUS303などの鉄鋼材料から切削加工や研削加工によって形成される。ハブ26の開口26bにシャフト110の他端側が固定される。
(shaft)
The
(フランジカップ)
フランジカップ12は、回転軸Rを囲む環状の部材で、シャフト110の外周面から半径方向に張り出す第2フランジ16と、第2フランジ16の外周部から軸方向でシャーシー24に向かって突出する進入部18と、を含む。フランジカップ12は、例えばSUS430やSUS303などの鉄鋼材料から切削加工によって形成される。フランジカップ12の第2フランジ16は、シャフト110の他端側に接着固定される。第2フランジ16は別の方法でシャフト110に固定されてもよい。フランジカップ12はシャフト110と一体に形成されてもよい。この場合、結合の手間を削減できる。
(Flange cup)
The
(第1フランジ)
第1フランジ112は、回転軸Rを囲む環状の部材で、シャフト110の一端側の外周面から半径方向に張り出す。第1フランジ112は、後述するシャフト環囲部材42の下端側に設けられるフランジ環囲部114に収容される。第1フランジ112はシャフト110と一体に形成される。第1フランジ112は、シャフト110と別に形成されて結合されてもよい。この場合、シャフト110と第1フランジ112の間には蛍光体入りの接着剤が介在してもよい。
(First flange)
The
(軸受体)
軸受体8は、シャフト110を環囲するシャフト環囲部材42と、シャフト環囲部材42から上向きに突出する凹部周壁136と、シャフト環囲部材42から下向きに突出するフランジ環囲部114と、フランジ環囲部114の下端側を塞ぐ蓋部128と、を含む。
(Bearing body)
The bearing
(シャフト環囲部材)
シャフト環囲部材42は、回転軸Rを囲む環状の部材で、例えば、SUS430や真鍮などの金属材料から切削加工によって形成される。シャフト環囲部材42は、上端部と下端部の間にシャフト110を隙間を介して環囲する内周面と、後述する連通路BPと、を有する。シャフト環囲部材42の内周面には、後述する動圧発生溝50が設けられる。
(Shaft surrounding member)
The
(ハブ側凹部)
シャフト環囲部材42の上端部には回転軸Rを囲む環状のハブ側凹部122と、ハブ側凹部122を囲む凹部周壁136と、が設けられる。凹部周壁136はシャフト環囲部材42と一体に設けられてもよい。凹部周壁136はシャフト環囲部材42と別に形成されて接着固定されてもよい。
(Hub side recess)
An annular hub-
図3は、フランジカップ12の周辺を拡大して示す拡大断面図である。ハブ側凹部122にはフランジカップ12の進入部18が軸方向に進入する。シャフト環囲部材42はフランジカップ12の進入部18に環囲される部分を含む。フランジカップ12の進入部18は凹部周壁136に環囲される。フランジカップ12はシャフト環囲部材42との間に隙間142が設けられる。隙間142は、回転軸Rに近い側から隙間G4と、隙間G1と、隙間G2と、隙間G3と、をこの順で連続して含む。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the
隙間G4はシャフト環囲部材42の上端部とフランジカップ12の第2フランジ16の間に半径方向に延在する。隙間G1はハブ側凹部122の回転軸Rに近い側の側壁122aとフランジカップ12の進入部18の内周面18aの間に軸方向に延在する。隙間G2はフランジカップ12の進入部18の下端部18bとハブ側凹部122の底部122bに半径方向に延在する。
The gap G4 extends in the radial direction between the upper end portion of the
隙間G3はフランジカップ12の外周面12aと凹部周壁136の内周面136aの間に軸方向に延在する。隙間G3には後述するテーパー空間124が設けられる。
The gap G3 extends in the axial direction between the outer
(フランジ環囲部)
図4はフランジ環囲部114の周辺を拡大して示す拡大断面図である。シャフト環囲部材42の下端部には回転軸Rを囲む中空環状のフランジ環囲部114が設けられる。フランジ環囲部114は、シャフト環囲部材42の下端外周部から軸方向に突出して第1フランジ112を環囲する環囲周壁114aと、環囲周壁114aの外周部下端から軸方向に突出する環状の突出部114bとを有する。突出部114bの内径は環囲周壁114aの内径より大きくされる。環囲周壁114aと突出部114bとの内側の境界部には環状の段部が設けられる。
(Flange surrounding part)
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the periphery of the
突出部114bの内周面には円盤状の蓋部128の外周部が嵌め込まれて固定される。突出部114bと蓋部128の隙間には蛍光体入りの接着剤が塗布されてもよい。蓋部128は、SUS430や真鍮などの金属材料から切削加工によって形成できる。フランジ環囲部114、蓋部128、及びシャフト環囲部材42の下端面は、第1フランジ112を収納するフランジ収納空間を画定する。フランジ収納空間は密封され、潤滑剤20の漏れ出しが抑制される。
The outer peripheral portion of the disk-shaped
(動圧発生溝)
シャフト環囲部材42の内周面には潤滑剤20にラジアル動圧を発生する一対の動圧発生溝50が軸方向に離間して設けられる。動圧発生溝50は、シャフト110の外周面に設けられてもよい。第1フランジ112の下面と蓋部128の上面の少なくとも一つ及び第1フランジ112の上面とシャフト環囲部材42の下端面の少なくとも一つには、それぞれ潤滑剤20にスラスト動圧を発生する動圧発生溝54が設けられる。動圧発生溝50、54は、例えば振動切削加工、プレス加工、ボール転造加工、または電解エッチング加工(Electro Chemical Machining)などの方法によって形成することができる。
(Dynamic pressure generating groove)
A pair of dynamic
(保持構造)
動圧軸受機構52は、軸受体8と軸体6の隙間に潤滑剤を保持するように構成された保持構造と、潤滑剤の流出を抑制するシール部と、を含む。保持構造は、フランジカップ12とシャフト環囲部材42の隙間142と、シャフト環囲部材42とシャフト110の半径方向の隙間144と、シャフト環囲部材42と第1フランジ112の隙間146と、第1フランジ112と蓋部128の隙間148と、連通路BPと、を含む。
(Holding structure)
The
(シール部)
シール部126は、保持構造に接続され、外部側への潤滑剤20の漏れ出しを抑制する。シール部126は、例えばキャピラリーシールを含んでもよい。シール部126は、保持構造側の隙間より外部側の隙間が大きくされるテーパー空間124を有するテーパーシールを含んでもよい。
(Seal part)
The
(テーパー空間)
フランジカップ12の外周面と凹部周壁136の内周面の半径方向の隙間G3にテーパー空間124が設けられる。テーパー空間124は軸方向上側に向けて徐々に拡大するテーパー状に形成される。潤滑剤20の気液界面LBは、テーパー空間124の外壁と内壁に接し、毛細管力によって外部側への飛散が抑制される。
(Taper space)
A tapered
(連通路)
軸受体8には連通路BPが設けられる。連通路BPはシャフト環囲部材42に回転軸Rから偏倚した位置に設けられる。連通路BPは、軸方向に貫通して、ハブ側凹部122の底部122bの途中に設けられる上開口130とシャフト環囲部材42の下端面に設けられる下開口132と、を有する。連通路BPは動圧発生溝50の少なくとも一部を環囲する。
(Communication passage)
The bearing
連通路BPは、シャフト環囲部材42の上端側から下端側に向かってドリル加工によって穿設できる。連通路BPは1つ又は複数設けられてもよい。連通路BPの直径は、例えば0.2mmから0.8mmの範囲にしてもよい。
The communication path BP can be drilled from the upper end side to the lower end side of the
(潤滑剤)
潤滑剤20は、保持構造に連続的に存在しシール部126に気液界面LBを形成する。潤滑剤20は、シール部126に塗布されて気圧差によって保持構造に注入されてもよい。潤滑剤20の基油には蛍光体が添加されており、所定の波長の光を照射することによって容易に検出できる。潤滑剤20は基油にモノエステルエーテル系のオイルを含んでもよい。
(lubricant)
The
(軸受機構)
軸体6が軸受体8に対して相対的に回転するとき、動圧発生溝50、54は潤滑剤20に動圧を発生させる。この動圧によって軸体6に接続された回転体4は、軸受体8に接続された静止体2に対して非接触状態で半径方向および軸方向に支持される。
(Bearing mechanism)
When the shaft body 6 rotates relative to the
(循環経路)
軸体6が軸受体8に対して相対的に回転するとき、動圧発生溝50、54は潤滑剤20に循環経路を循環させる。図5は、潤滑剤20の循環経路140を示す経路図である。循環経路140は、連通路BPと、隙間G2の一部と、隙間G1と、隙間G4と、シャフト環囲部材42とシャフト110の半径方向の隙間144と、シャフト環囲部材42と第1フランジ112の隙間146と、を含む。
(Circulation route)
When the shaft body 6 rotates relative to the
潤滑剤20は、連通路BPの上開口130から流れだし、隙間G2の一部と、隙間G1と、隙間G4と、隙間144と、隙間146と、をこの順で経由して下開口132から連通路BPに流れ込んで循環する。特に、潤滑剤20は連通路BPを下開口132から上開口130に向かって流れる。
The
(軸受固定部)
動圧軸受機構52は、軸体6がハブ26に固定され、軸受体8がシャーシー24に固定される。特に、シャフト110の他端側がハブ26の開口26bに圧入、接着、又は圧入接着によって固定される。軸受体8のシャフト環囲部材42がシャーシー24の軸受孔24dに挿入されて、接着固定される。
(Bearing fixing part)
In the dynamic
以上のように構成された回転機器100の動作について説明する。コイル30に3相の駆動電流が流れることにより、ステータコア32の突極に駆動磁束が発生してマグネット28にトルクが与えられ、ハブ26及びそれに搭載された磁気記録ディスク62が回転する。同時にボイスコイルモータ66がスイングアーム64を揺動させることによって、記録再生ヘッドが磁気記録ディスク62上の揺動範囲を行き来する。記録再生ヘッドは磁気記録ディスク62に記録された磁気データを電気信号に変換して制御基板(不図示)へ伝え、また制御基板から電気信号の形で送られてくるデータを磁気記録ディスク62上に磁気データとして書き込む。
The operation of the
本発明者は、動圧軸受機構の動圧の一時的な不安定化について検討し以下のような知見を得た。
動圧の一時的な不安定化の原因の一つに、潤滑剤の中に気泡が存在し、その気泡が軸体と軸受体の半径方向隙間に設けられたラジアル動圧軸受部に引っ掛かることによって、動圧が周方向に不均一になることに起因するものがある。
特に、潤滑剤中の溶解気体が温度や気圧の変化により析出して微細な気泡を多数形成し、周囲の気泡と合体を繰り返して大きな気泡となることがある。
このような気泡が潤滑剤の流れに乗って隙間の狭いラジアル動圧軸受部に滞留すると、その部分で動圧発生機能を阻害することで動圧が不安定になることがある。
このような動圧の不安定化を抑制するために、気泡のラジアル動圧軸受部への移動を抑制することと、気泡の気液界面LB側への移動を促進して外部側への排出を可能にすること、とが有効である。以下に、気泡による動圧不安定化を抑制した回転機器の構成を説明する。
The present inventor has studied the temporary instability of the dynamic pressure of the dynamic pressure bearing mechanism and has obtained the following knowledge.
One of the causes of temporary destabilization of dynamic pressure is the presence of bubbles in the lubricant, and the bubbles are caught on the radial dynamic pressure bearing provided in the radial gap between the shaft body and the bearing body. Is caused by the non-uniform dynamic pressure in the circumferential direction.
In particular, the dissolved gas in the lubricant may precipitate due to a change in temperature or pressure to form a large number of fine bubbles, and may be combined with surrounding bubbles to form large bubbles.
When such bubbles ride on the flow of the lubricant and stay in the radial dynamic pressure bearing portion with a narrow gap, the dynamic pressure may become unstable by inhibiting the dynamic pressure generating function at that portion.
In order to suppress such instability of dynamic pressure, the movement of bubbles to the radial dynamic pressure bearing portion is suppressed, and the movement of bubbles to the gas-liquid interface LB side is promoted to discharge to the outside. It is effective to make this possible. Below, the structure of the rotation apparatus which suppressed the dynamic pressure destabilization by a bubble is demonstrated.
(周壁凹部)
図6は、図4の環囲周壁114aを回転軸R側から見た側面図である。図7は、図6の環囲周壁114aを回転軸Rに垂直な平面でカットしたB−B線断面である。図8は、図4に対応する比較例の拡大断面図である。
(Recessed peripheral wall)
FIG. 6 is a side view of the surrounding
フランジ環囲部114の環囲周壁114aには下開口132から軸方向に延在する周壁凹部116が設けられる。環囲周壁114aの内周面114cを周方向にトレースしていくと、周壁凹部116のところで半径方向に窪む。周壁凹部116は、例えばマシニング加工によって形成される。周壁凹部116の幅Wは、例えば0.2mmから0.8mmの範囲にしてもよい。周壁凹部116の深さZは、例えば0.05mmから0.4mmの範囲にしてもよい。
A
周壁凹部116は、第1フランジ112の外周面と半径方向に対向する位置に設けられる。周壁凹部116の下端は第1フランジ112の軸方向範囲下端を越えて下側に位置してもよい。特に、第1フランジ112の軸方向範囲は周壁凹部116の軸方向範囲に含まれてもよい。
The
図9は気泡が周壁凹部116に捕えられる様子を示す模式図である。図9は、第1フランジ112の外周部及びフランジ環囲部114の環囲周壁114aの一部と周壁凹部116とを回転軸Rに垂直な平面に投影した様子を示している。シャフト環囲部材42と第1フランジ112の隙間146の潤滑剤20中に気泡150が存在するとき、気泡150は、第1フランジ112の矢印160で示される回転によって環囲周壁114aと第1フランジ112の隙間152に移動する。隙間152内の気泡150は、第1フランジ112の回転によって環囲周壁114aに沿って回転することによって周壁凹部116に捕えられる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing how air bubbles are trapped in the
周壁凹部116内の気泡150は、下開口132から潤滑剤20の循環経路140に乗って連通路BPに流入する。連通路BP内の気泡150は上開口130から隙間G2に移動する。隙間G2内の気泡150は相対的に軽いからシール部126に移動し、やがて気液界面LBから外部に排出される。
The
図8の比較例では周壁凹部116がないから、隙間152内の気泡150が連通路BPに流入する割合は低くなる。図4の例のように周壁凹部116を有することにより、図8の比較例に比べて、環囲周壁114aに沿って回転する気泡150の連通路BP内への流入が促進され、ひいては気泡150の外部排出が容易になる。
In the comparative example of FIG. 8, since there is no
(フランジ傾斜部)
第1フランジ112の外周面には、軸方向で下開口132から遠いほど回転軸Rからの半径方向距離が大きくなるフランジ傾斜部112bが設けられる。フランジ傾斜部112bは周壁凹部116と軸方向に重複する部分を含む。フランジ傾斜部112bの軸方向範囲は、第1フランジ112の軸方向範囲の半分以上にされてもよい。フランジ傾斜部112bの回転軸Rに対する傾斜角θ12は、例えば3°から30°の範囲にされてもよい。
(Flange inclined part)
The outer peripheral surface of the
フランジ傾斜部112bを有することにより、フランジ傾斜部が無い場合に比べて、隙間152内の気泡150が連通路BP内への流入が促進され、ひいては気泡の外部排出を容易にしうる。特に、フランジ傾斜部112bの上端側の周縁112dは連通路BPの半径方向範囲の外端より回転軸R側に設けられてもよい。この場合、気泡150の連通路BP内への流入が一層促進される。フランジ傾斜部112bの周縁112dは連通路BPの半径方向範囲の内端より回転軸R側に設けられてもよい。この場合、気泡150が連通路BP内への流入がさらに促進される。
By having the flange inclined
図3を参照する。隙間G2の軸方向の間隔は隙間G3に向かって徐々に大きくされてももよい。特に、下端部18bは底部122bに対して半径方向外側が開き、下端部18bと底部122bの開角θ2は、一例として2°〜7°の範囲にされてもよい。この場合、隙間G2に存在する潤滑剤20には隙間G1に向かう内側向きの毛細管力が働くから、内側ほど圧力が大きくなる。潤滑剤20中の気泡は相対的に圧力が小さい隙間G3側に向かって押し出される。特に、連通路BP内に流入した気泡150が上開口130から隙間G2に流出すると、隙間G3に移動して気液界面LBから外部への排出が促進される。
Please refer to FIG. The gap in the axial direction of the gap G2 may be gradually increased toward the gap G3. In particular, the
気泡150が隙間G2と隙間G3の接続部に引っ掛かり留まることが考えられる。このため、隙間G3の隙間G2側の端部の間隔L3は、隙間G2の隙間G3側の端部の間隔L2より大きくされてもよい。特に、隙間G2と隙間G3の接続部の間隔は隙間G3の隙間G2側の端部の間隔L3より大きく、隙間G2の隙間G3側の端部の間隔L2より小さくされてもよい。この場合、気泡150は隙間G2から隙間G3に円滑に移動し、気液界面LBから外部への排出が促進される。
It is conceivable that the
隙間G1の半径方向の間隔は隙間G2に向かって徐々に大きくされてもよい。特に、内周面18aは側壁122aに対して下側が開き、内周面18aと側壁122aの開角θ1は、一例として0.5°〜5°の範囲にされてもよい。この場合、隙間G1に存在する潤滑剤20には隙間G4に向かう上向きの毛細管力が働くから、内側ほど圧力が大きくなる。潤滑剤20中の気泡は相対的に圧力が小さい隙間G2側に向かって押し出され、隙間144への移動が抑制される。特に、開角θ1は開角θ2より小さくされてもよい。気泡の隙間144への移動が一層抑制される。
The gap in the radial direction of the gap G1 may be gradually increased toward the gap G2. In particular, the inner
隙間G4の最小間隔L4は、隙間G1の隙間G4側の端部の半径方向の間隔L1より小さくされてもよい。この場合、気泡の隙間G1から隙間G4への移動が抑制される。 The minimum gap L4 of the gap G4 may be smaller than the radial gap L1 at the end of the gap G1 on the gap G4 side. In this case, the movement of the bubble from the gap G1 to the gap G4 is suppressed.
以上、実施の形態に係る回転機器の構成と動作について説明した。これらは例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな展開が可能なこと、またそうした構成も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The configuration and operation of the rotating device according to the embodiment have been described above. Those skilled in the art will understand that these are merely examples, and that various combinations of these components are possible, and that such configurations are within the scope of the present invention.
100 回転機器、 2 静止体、 4 回転体、 6 軸体、 8 軸受体、
12 フランジカップ、 12a 外周面、 16 第2フランジ、 18 進入部、
18a 内周面、 18b 下端部、 20 潤滑剤、 26 ハブ、
42 シャフト環囲部材、 50 動圧発生溝、 52 動圧軸受機構、
54 動圧発生溝、 100 回転機器、 110 シャフト、
112 第1フランジ、 112b フランジ傾斜部、 112d 周縁、
114 フランジ環囲部、 114a 環囲周壁、 114b 突出部、
116 周壁凹部、 122 ハブ側凹部、 124 テーパー空間、
126 シール部、 128 蓋部、 130 上開口、 132 下開口、
136 凹部周壁、 140 循環経路、 142 隙間、 144 隙間、
146 隙間、 148 隙間、 152 隙間、 G1 隙間、 G2 隙間、
G3 隙間、 G4 隙間、 LB 気液界面、 R 回転軸。
100 rotating equipment, 2 stationary body, 4 rotating body, 6 shaft body, 8 bearing body,
12 flange cup, 12a outer peripheral surface, 16 second flange, 18 entry portion,
18a inner peripheral surface, 18b lower end, 20 lubricant, 26 hub,
42 shaft surrounding member, 50 dynamic pressure generating groove, 52 dynamic pressure bearing mechanism,
54 dynamic pressure generating groove, 100 rotating device, 110 shaft,
112 first flange, 112b flange inclined part, 112d peripheral edge,
114 flange surrounding portion, 114a surrounding circumferential wall, 114b protruding portion,
116 peripheral wall recess, 122 hub side recess, 124 taper space,
126 sealing part, 128 lid part, 130 upper opening, 132 lower opening,
136 concave wall, 140 circulation path, 142 gap, 144 gap,
146 gap, 148 gap, 152 gap, G1 gap, G2 gap,
G3 gap, G4 gap, LB gas-liquid interface, R rotation axis.
Claims (8)
回転軸に沿って延在するシャフトと、前記シャフトの一端側に固定される第1フランジと、を含む軸体と、
前記シャフトを環囲するシャフト環囲部と、前記第1フランジを収容するフランジ環囲部と、を含む軸受体と、
を備え、
前記軸体と前記軸受体の少なくとも一つに潤滑剤に動圧を発生する動圧発生溝が設けられ、
前記軸受体には回転軸から偏倚した位置に軸方向に貫通する連通路が設けられ、
前記フランジ環囲部には前記連通路の第1開口が設けられ、
前記フランジ環囲部の前記第1フランジを環囲する周壁には前記第1開口から軸方向に延在する周壁凹部が設けられることを特徴とする回転機器。 A rotating body supported rotatably about a rotation axis;
A shaft including a shaft extending along the rotation axis, and a first flange fixed to one end of the shaft;
A bearing body including a shaft surrounding portion that surrounds the shaft, and a flange surrounding portion that accommodates the first flange;
With
At least one of the shaft body and the bearing body is provided with a dynamic pressure generating groove for generating dynamic pressure in the lubricant,
The bearing body is provided with a communication passage penetrating in the axial direction at a position deviated from the rotating shaft,
The flange surrounding portion is provided with a first opening of the communication path,
The rotating device according to claim 1, wherein a peripheral wall surrounding the first flange of the flange surrounding portion is provided with a peripheral wall recess extending in the axial direction from the first opening.
前記凹部には前記連通路の第2開口が設けられ、
前記軸体は、前記シャフトの他端側に固定される第2フランジと、前記凹部に進入して前記第2開口を覆う端部を有する環状の進入部と、を含み、
前記進入部の内側面と前記凹部との間には軸方向に延在する第1隙間が形成され、
前記端部と前記凹部との間には半径方向に延在する第2隙間が形成され、
前記進入部の外側面と前記凹部周壁との間には軸方向に延在する第3隙間が形成され、
前記第2隙間の軸方向間隔は前記第3隙間に向かって徐々に大きくされることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の回転機器。 The bearing body is provided with an annular recess recessed in the axial direction on an end surface far from the first flange, and a recess peripheral wall surrounding the recess,
The recess is provided with a second opening of the communication path,
The shaft body includes a second flange fixed to the other end side of the shaft, and an annular entry portion having an end portion that enters the recess and covers the second opening,
A first gap extending in the axial direction is formed between the inner surface of the entry portion and the recess,
A second gap extending in the radial direction is formed between the end and the recess,
A third gap extending in the axial direction is formed between the outer surface of the entry portion and the peripheral wall of the recess,
4. The rotating device according to claim 1, wherein an axial interval of the second gap is gradually increased toward the third gap. 5.
前記第4隙間の最少間隔は、前記第1隙間の前記第4隙間側の端部の半径方向間隔より小さくされることを特徴とする請求項4または5に記載の回転機器。 A fourth gap is provided between the second flange and the end face of the bearing body so as to extend in the radial direction and to be connected to the first gap.
6. The rotating device according to claim 4, wherein a minimum interval of the fourth gap is smaller than a radial interval of an end portion of the first gap on the fourth gap side.
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US10612584B2 (en) | 2018-06-29 | 2020-04-07 | Nidec Corporation | Fluid dynamic bearing device, motor, and disk drive device |
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