JP3352697B2 - 溝付ジャーナル軸受用シヌソイドの溝パターン - Google Patents
溝付ジャーナル軸受用シヌソイドの溝パターンInfo
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Description
受組立体に関する。より詳細には、本発明は情報記録装
置に利用される動圧軸受組立体の使用に特に関する。
るハブディスク組立体と題する代理人整理番号A59757並
びに発明者Hans Leuthold等の自動平衡流体レベルを有
する単一プレート動圧軸受と題する代理人整理番号A597
56及び発明者Hans Leuthold等の自動平衡流体レベル及
び流体循環を有する単一プレート動圧軸受と題する代理
人整理番号A59788及び発明者Clark等のスリーブ溝切り
工具と題する代理人整理番号A59715に開示された発明に
係わり且つこれと共通に使用される。上記の出願の全て
は本発明の譲り受け人に譲渡され、そしてここに援用さ
れる。
のために多年コンピュータに使用されてきた。かかる情
報は磁気ディスク媒体の同心のメモリートラックに記録
され、実際の情報は磁気ディスク媒体内に磁気遷移の形
態で記憶される。ディスクそれ自体はスピンドルに回転
自在に取付けられ、情報はディスクの表面上を容易に移
動する枢動アームで支持された読み書きヘッドによって
アクセスされる。読み書きヘッド即ちトランスデューサ
は情報の適切な読み書きを確保するためにズィスク上の
記憶トラックと正確に整合されなければならない。
ィスクの下に位置した電気モータによって密閉ハウジン
グ内で大変高速度で回転される。普通に使用されている
1つのタイプのモータはハブ内又はスピンドル内モータ
として知られている。かかるスピンドル内モータは典型
的には、ハブの中心に配置されたモータシャフトにボー
ル軸受装置によって取付けられたスピンドルを有する。
しかしながら、情報記憶装置のサイズが減少するにつれ
て、動圧軸受を含む他のタイプの軸受が開発されてい
る。ここに援用した出願には通常の設計が開示されてい
る。
はハウジングと回転スピンドル、又はハブとモータの定
置部分との間の実際の軸受面として機能する。これらの
流体、即ち気体が液体のいずれかは軸受内に封入され
て、軸受負荷能力を減少させてしまう潤滑剤の損失を回
避する。さもないと、スピンドル及びハウジングの物理
的面が互いに接触し、軸受装置の大きな磨耗及び最終的
な破損をもたらすことになる。等しく重大なのは、シー
ルの損失又は軸受装置内の潤滑剤レベルの制御不能によ
り、ハードなディスクドライブを潤滑剤粒子及び滴で汚
染させるこせることがあり、或いは脱ガス関連の汚染を
引き起こすことがある。
性である。軸受が剛性であればあるほど半径方向及び軸
線方向の固有振動数が高くなり、その結果、スピンドル
によって回転され、読み書きが起るはずのディスクのト
ラックは益々安定である。かくして、回転部品との間に
機械的な接触がないときには軸受の剛性は、回転負荷
を、揺れや傾きなくスピンドルを安定的に且つ正確に支
持することができるように軸受の設計にとって重要にな
る。
度として溝と円筒面の円周とによって定められた角度で
ある一定溝角αを有するこのパターンが採用された。パ
ターンは軸受の剛性を最適にしようとするために高圧点
10をもたらすとともに、流体の逃げの可能性を最小にし
ながら潤滑剤面を流体で覆われた状態に維持する潤滑剤
の所望なポンプ作用をもたらす。しかしながら、鋭い角
度のために、コーナでは、溝は形成しにくく、溝を形成
するのに使用される工具は急速に摩耗する。
り、使用に大変信頼性がある動圧軸受を提供することに
ある。
軸受の剛性を最大にするために最適にする動圧軸受を提
供することにある。
置等の情報に特に有用である剛性の動圧軸受を提供する
ことにある。
なく軸受面を構成するのが容易であり、且つ軸受面に信
頼性をもって反復的に形成しうる軸受の溝パターンを提
供することにある。
ンが軸受境界に最大のポンプ効果及びジャーナルの長さ
及び半径に関係なく全体の最適な負荷支持能力を有する
ように設計されることを特徴とする動圧軸受を提供す
る。これは溝の中心線がシヌソイド半周期に位置するよ
うに変化する溝角度を有するシヌソイドの溝パターンを
提供することによって達成される。換言すれば、シヌソ
イドのパターンの使用によって、溝が方向を変える鋭い
ピーク又は点がなく、むしろ、溝が方向を変えるところ
では、表面溝がシヌソイドを形成するように円形セグメ
ントが形成される。このようなパターンの採用の結果、
溝が実際に占める表面積の全体の量を減じながら、回転
軸線に沿った圧力分布をより大きくする。
する。
す図面である。
す図面である。
るモータの部分の鉛直断面図である。
パターンの相対的配置を示す図面である。
の回転軸線に沿った従来の溝パターンを示している。す
でに説明したところから明らかなように、各溝12と円筒
状表面の回転軸線14とによって形成される溝の角度αは
一定である。さらに、溝が方向を変えるコーナーは鋭
く、現在、用いられている溝切り工具で形成しにくいこ
とがわかる。
ンの一例が図2に示されている。この図に示されるよう
に、溝20と動圧軸受の回転軸線14との間の角度である溝
の角度αは、溝の中心線が、(シヌソイドの絶対値に等
しい)シヌソイドの半周期上に位置するように、変化す
る。この例では、パターンの中央部分のみがシヌソイド
とされている。こうすると、流体の分布を維持しなが
ら、溝によって占められる表面積が減少するため、軸受
内におけるリフト力が増大するという効果がもたらされ
る。この表面積の減少が明瞭に図示されている。この例
では、溝パターンの端部は実質的に線形である。
る面上にあってもよく、また、シャフトおよびそれを取
り囲む軸受面のいずれか一方は回転面であってもよいこ
とに留意すべきである。潤滑剤を二つの面の間に分布さ
せ、その間に圧力を生成させて、動圧軸受の剛性および
負荷支持能力を作り出すポンプ動作を生じさせるのは、
この二つの面の相対的な回転である。
ータを示している。この設計の使用は、図3に示すよう
なモータに限定されるわけではないことは言うまでもな
い。
を含んでいる。回転シャフト52は、流体を溝56を通じ
て、動圧軸受の面に供給するリザーバ54を備えている。
動圧軸受自体は、二つの相対的に回転する面60、72の間
に形成されている。軸受の上端部は、全体的に80で示さ
れ、傾斜面82が60の凹部84から離れて傾斜し、軸受内に
流体を保持するメニスカスを形成する領域で終わってい
る。軸受の下端部は、回転シャフトがスラスト板74と接
合する領域90で終わっており、面60は、スラスト板74と
回転シャフトとの接合を可能にするための凹部76を有し
ている。
シャフト52に対向するブッシュ70に適用した実施態様を
示している。回転シャフト52およびスラスト板74の重要
な部分には、とくに、凹部84とともに、動圧軸受の開放
端部を画定する傾斜面82およびスラスト板74と凹部75と
によって画定され、軸受の閉鎖端部を示す領域90がラベ
ル付けされている。この場合に、ブッシュ70の面を横切
るシヌソイド状に彎曲した溝パターンの分布は、潤滑剤
供給溝56のすぐ近くに位置し、動圧軸受内の最小圧力領
域によって、そこに画定される下方円形セグメント102
を有する図4の正弦曲線100により図示されている。最
大圧力の領域は、この図においては、全体が104、106で
示された曲線の高い点である彎曲セグメントにあること
になる。シヌソイドパターンの端点は、スラスト軸受端
部108およびハブ支持端部110に示されている。軸受の端
部におけるパターン間の唯一の違いは、開放支持端部11
0におけるパターンの十分な延長が、潤滑剤を動圧軸受
の中央に向って押して、潤滑剤が軸受領域を出て行かな
いようにするためになされていることである。これに対
して、シャフトがスラスト板74と合う下方端部108に
は、好ましくは、等しい圧力領域90が画定されて、動圧
軸受の面を横切る流体の等しい分布が達成されかつ維持
されるようになっている。
に面する静止面上のいずれかに設けられればよい。いず
れの場合にも、パターンは、潤滑剤を排出させることな
く、回転面と固定面との間に圧力を生成し、かつ、回転
面と固定面の間のギャップ内に流体を維持する作用をす
る。軸受の半径方向の負荷支持能力は、溝付面と溝の形
成されていない面との間に作り出される潤滑剤の流体力
学的圧力によって作り出される。
少圧力の点はピーク10であり、最大圧力の点はピーク16
であることに留意すべきである。これに対して、図4に
示すシヌソイドの溝パターンを使用するときは、最大圧
力領域は、再び溝が、最も高い位置にある領域104、106
にあり、最少圧力領域は、溝が最も下にある領域105に
ある。直線的パターンではなく、シヌソイドのパターン
を用いているため、圧力分布は、図1の従来の溝パター
ンを用いたときの圧力分布に比して、それほど、劇的で
はない。すなわち、最大圧力の領域104、106と最小圧力
の領域105との間の圧力差は、従来の溝パターンを用い
た場合よりも、小さくなる。しかしながら、このより小
さい圧力差は、大変大きくなった軸受ランド領域に適用
され、大変高いリフト力を引き起すことになる。すなわ
ち、図1の直線状の溝パターンを用いた場合に比し、相
対的に回転する対向面に面する平らな、溝なし面がより
大きくなる。二つの相対的に回転する面の間の圧力によ
り生じるリフト力を引き起こして、軸受デザインの安定
性あるいは剛性を決定するのは、この溝なし面あるいは
ランドである。
1は、本発明の溝をこのようなシヌソイドのパターンで
作ることは、各線を尖った先端及びすぐ隣りの反転部で
終わらせる図1の溝に比較して、はるかに容易であるこ
とである。明らかなように、公知の溝切り工具を使用す
ると、そのような鋭い反転溝を作りにくくし、またその
ような溝切り工具の寿命を非常に短くする。第2に、こ
の図の検討から、直線溝の場合におけるよりかなり大き
な、溝間の溝なし領域150ができることが明らかであ
る。圧力が直線溝の場合に達するのと同じ位の、溝の最
高点におけるレベルには達しないけれども、圧力はなお
高く効果的であり、またこの実施態様を使用する増大し
たランドすなわち溝なし領域が動圧軸受内の全体の圧力
を著しく高め、軸受の剛性を劇的に高める。従って、こ
の軸受の溝パターンは特にディスクドライブ等に使用さ
れる安定した動圧軸受装置を製造するのに非常に効率的
である。この溝パターンはシヌソイドとして述べられて
いるが、これは好ましい形であるからである。しかしな
がら、移行領域が湾曲している他の溝パターンも可能で
あり、それらは本発明の利点の幾つかを達成し、本発明
の範囲内にあるものである。
業者にとって明白になる。従って、本発明の範囲は以下
の請求の範囲によってのみ制限される。
Claims (4)
- 【請求項1】互いに関して回転できる2つの面を有する
タイプの動圧軸受であって、 軸受の回転中2つの面の間の間隙内に位置した潤滑媒体
と、 軸受の面に潤滑媒体を分布させ、前記軸受内に圧力分布
を生じさせて剛性動圧軸受を作るために、前記2つの面
の一方に形成されたシヌソイドの溝パターンとを有し、
前記シヌクイドの溝パターンは、軸受の上端及び下端に
並びに前記軸受の中心付近に低圧領域を確立するための
低点を有し、前記シヌソイドの溝パターンの各溝は、前
記低圧領域の各々の間の高圧領域に正弦セグメントを構
成し、前記各溝のどの残部もほぼ線形であることを特徴
とする動圧軸受。 - 【請求項2】前記シヌソイドの溝パターンは軸受の上端
及び下端に並びに前記軸受の中心付近に低圧領域を確立
するための低点を有し、前記軸受の中心の前記低点だけ
が前記正弦セグメントを形成する、請求項1に記載の動
圧軸受。 - 【請求項3】互いに関して回転できる2つの面を有する
タイプの動圧軸受であって、 軸受の回転中2つの面の間の間隙内に位置した潤滑媒体
と、 軸受の面に潤滑媒体を分布させ、前記軸受内に圧力分布
を生じさせるために、前記2つの面の一方に形成された
溝パターンとを有する前記動圧軸受において、前記溝パ
ターンは、方向の急激な変化がないこと、及び前記圧力
分布中のより高い圧力領域内に溝の形成されてない面の
より大きな部分があり、前記溝パターンの各溝の一部
は、シヌソイドであり、前記各溝の残部はほぼ線形であ
ることを特徴とする動圧軸受。 - 【請求項4】前記溝パターンの中心線はシヌソイドの半
期にある、請求項3に記載の動圧軸受。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US1994/013136 WO1996015381A1 (en) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | Sinusoidal grooving pattern for grooved journal bearing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10503830A JPH10503830A (ja) | 1998-04-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP51600296A Expired - Lifetime JP3352697B2 (ja) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | 溝付ジャーナル軸受用シヌソイドの溝パターン |
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JP (1) | JP3352697B2 (ja) |
KR (1) | KR100220149B1 (ja) |
WO (1) | WO1996015381A1 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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-
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- 1994-11-14 JP JP51600296A patent/JP3352697B2/ja not_active Expired - Lifetime
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- 1994-11-14 KR KR1019970703307A patent/KR100220149B1/ko not_active IP Right Cessation
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