JP3984449B2 - Fluid dynamic bearing, spindle motor using the same, and disk drive using the spindle motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを用いたディスク駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ハードディスク等の記録媒体を駆動するディスク駆動装置において使用されるスピンドルモータの軸受として、シャフトとスリーブとを相対回転自在に支持するために、両者の間に介在させたオイル等の潤滑流体の流体圧力を利用する流体動圧軸受が種々提案されている。
【0003】
このような従来の流体動圧軸受を使用するスピンドルモータは、図1に示すとおり、ロータaと一体をなすシャフトbの外周面と、このシャフトbが回転自在に挿通されるスリーブcの内周面との間に、一対のラジアル軸受部d,dが構成され、またシャフトaの一方の端部外周面から半径方向外方に突出するディスク状スラストプレートeの上面とスリーブbに形成された段部の平坦面との間並びにスラストプレートeの下面とスリーブbの一方の開口を閉塞するスラストブッシュfとの間に、一対のスラスト軸受部g,gが構成されている。
【0004】
シャフトb並びにスラストプレートeとスリーブc並びにスラストブッシュdとの間には、一連の微小間隙が形成され、これら微小間隙中には、潤滑流体としてオイルが途切れることなく、連続して保持されており(このようなオイル保持構造を、以下「フルフィル構造」と記す)、ラジアル軸受部d,d及びスラスト軸受部g,gには、ロータaの回転時にオイル中に動圧を誘起するためのヘリングボーングルーブd1,d1並びにg1,g1がそれぞれ形成されている。
【0005】
また、ラジアル軸受部d,d及びスラスト軸受部g,gには、一対のスパイラルグルーブを連結してなるヘリングボーングルーブd1,d1及びg1,g1が形成されており、ロータaの回転に応じて、スパイラルグルーブの連結部が位置する軸受部の中央部で最大動圧を発生させ、ロータaに作用する荷重を支持している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスピンドルモータでは、スラスト軸受部g,gとは軸線方向で反対側に位置するスリーブcの上端部付近において、テーパシール部hが形成され、オイルの表面張力と大気圧とがバランスして界面を構成している。すなわち、このテーパシール部h内でのオイルの内圧は、大気圧と実質上同等の圧力に維持されている。
【0007】
いま、ロータaが回転を始めると、オイルは動圧発生溝d1,d1及びg1,g1によるポンピングで、各ラジアル軸受部d,d及びスラスト軸受部g,gの中心部側に引き込まれ、軸受の中心部で流体動圧が極大となる反面、軸受の端部側では、オイルの内圧が低下する。これに対し、ラジアル軸受部のうちテーパシール部hに隣接する側の端部では、テーパシール部h内をオイル内圧の変動に応じて界面が移動し、大気圧とオイルの内圧とを拮抗させることが可能であるが、各軸受部間、つまり、シャフトbの外周面とスリーブcの内周面との間の領域のうち、一対のラジアル軸受部d,d間に保持されるオイル及びスラストプレートeの周囲の領域のうち、スラスト軸受部g,g間に位置するスラストプレートの外周部付近に保持されるオイルは、動圧発生溝d1,d1及びg1,g1のポンピングに応じてオイルの内圧が低下し、やがて大気圧以下まで低下して負圧となる場合がある。
【0008】
本来オイルが充填される部分に負圧が生じる状態でモータが動作し続けると、その部分には気泡が生成されてくる。これはオイルには空気を溶かし込む性質があり、オイルが大気圧と大気圧より低い部分に接している場合、大気圧の側から空気が溶けこみ、大気圧より低い負圧の部分に溶け出るという作用によるものである。このようにして軸受内部に気泡が生ずることがあると、オイルが軸受外部へと漏出するといったスピンドルモータの耐久性や信頼性に影響する問題、あるいは動圧発生溝が気泡と接触することによる振動の発生やNRRO(非繰り返し性振れ成分)の悪化といったスピンドルモータの回転精度に影響する問題が発生する。
【0009】
本発明は、オイル内での負圧の発生を防止することで、気泡による悪影響を排除することが可能であると共に、オイルの粘性抵抗に起因する損失を低減して高効率化することが可能な流体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを用いたディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体動圧軸受は、中空円筒状のスリーブと、該スリーブの内周面と隙間を介して半径方向に対向するシャフトと、該シャフトの一方の端部において半径方向外方に延伸すると共に一面が該スリーブの一方の端面と隙間を介して軸線方向に対向する円板状のスラストプレートと、該スリーブの一方の端部に装着され該スラストプレートの他面並びに該シャフトの端面と間隙を介して軸線方向に対向するブッシュと、該シャフト並びに該スラストプレートと該スリーブ並びに該ブッシュとの間にそれぞれ形成される隙間内に途切れることなく連続して保持されると共にテーパシールとして機能するよう該スリーブの他方の端部付近のみに界面が一つ形成されるオイルとを具備し、該シャフト並びに該スラストプレートと該スリーブ並びに該ブッシュとの相対回転を該オイルに誘起される流体動圧を用いて支持する流体動圧軸受であって、前記スリーブの一方の端面と前記スラストプレートの一面との間には、前記相対回転時に前記オイルに半径方向内方に向かう流体動圧を誘起する一方のスラスト動圧軸受部が構成され、前記ブッシュと前記スラストプレートの他面との間には、前記相対回転時に前記オイルに半径方向内方に向かう流体動圧を誘起する他方のスラスト動圧軸受部が構成されており、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面との間には、一対のラジアル動圧軸受部が相互に軸線方向に離間して構成され、前記一対のラジアル動圧軸受部には、動圧発生溝として軸線方向に対称な形状のヘリングボーン溝が形成されると共に、前記一方及び他方のスラスト動圧軸受部には、それぞれ半径方向内方に向かう流体動圧を誘起するスパイラルグルーブが動圧発生溝として設けられ、前記オイルの界面は、前記スリーブの他方の端面に近接して形成され、前記一対のラジアル動圧軸受部のうち、該オイルの界面とこれに隣接するラジアル動圧軸受部との間には、前記スリーブの内周面及び前記シャフトの外周面の少なくとも一方の面に、前記相対回転時に前記オイルを前記スラストプレート側に付勢し前記各動圧軸受部間に位置する間隙中に保持されるオイルの内圧を常に大気圧以上に保つためのスパイラル溝が形成されている、ことを特徴とする(請求項1)。
【0011】
この構成は、フルフィル構造の流体動圧軸受に関するものである。
【0012】
ラジアル動圧軸受部に動圧発生溝として形成されるヘリングボーン溝に付加して、オイルの界面側に構成されるラジアル軸受部に隣接してスパイラル溝を設けることで、相対回転時にオイルに対して軸線方向且つスラストプレート側に向かう流体動圧(このような圧を、以下「押し込み圧」と記載する)が発生し、この押し込み圧が、スリーブの端面と前記スラストプレートの一方の面との間に構成される一方のスラスト動圧軸受部で誘起される半径方向内方に向かう流体動圧よりも大となる。従って、スパイラル溝による押し込み圧は、一方のスラスト動圧軸受部によって若干相殺されるが、依然として大気圧以上のオイル内圧を保ってスラストプレートの外周部部分に保持されるオイルに伝播される。
【0013】
すなわち、フルフィル構造の流体動圧軸受において、各軸受部に形成される動圧発生溝のポンピングによって負圧となりがちな、各軸受部間に位置する間隙中に保持されるオイルの内圧が常に大気圧以上に保たれるので、負圧による気泡の発生並びにオイル中に気泡が滞留することによって生じるオイルの漏れ出しやNRROの悪化といった問題が解消される。
【0014】
更に、ラジアル動圧軸受部のうち、オイルの界面とこれに隣接するラジアル動圧軸受部との間にスパイラル溝を形成し、オイルに対して押し込み圧を付与するよう構成することで、シール機能を高め、軸受外部へのオイルの漏れ出しが効果的に防止される。
【0015】
尚、スパイラル溝と一方のスラスト動圧軸受部との間に構成される一対のラジアル動圧軸受部には、軸線方向に対称な形状のヘリングボーン溝が形成されているので、これらラジアル動圧軸受部内で発生する動圧が軸線方向にアンバランスな圧力勾配となることはない。よって、これら一対のラジアル動圧軸受部がスパイラル溝の押し込み圧に干渉することはない。
【0017】
また、本発明では、フルフィル構造の流体動圧軸受を採用することで、軸受部の構造を簡略化することができると共に、スラスト動圧軸受部に形成する動圧発生溝をスパイラルグルーブとすることで、スラストプレートを小径化することができるため、スラストプレートの周速に起因するオイルの粘性抵抗が抑制され、高効率化することができる。
【0018】
更に、本発明のスピンドルモータは、ステータを保持するブラケットと、該ブラケットに対して相対回転するロータと、該ロータに固着され該ステータと協働して回転磁界を発生するロータマグネットと、該ロータの回転を支持する流体動圧軸受とを備えたスピンドルモータにおいて、前記流体動圧軸受は、請求項1に記載した流体動圧軸受であることを特徴とする(請求項2)。
【0019】
ロータの回転を支持するための流体動圧軸受が上述のとおりの構成を有することで、オイル内に滞留する気泡の問題が排除され、軸受外部へのオイルの漏れ出しやNRROの悪化を防止することができるので、信頼性並びに耐久性に優れ、また軸受の効率が改善されるので、回転時の損失を低減し低消費電力化することができる。またフルフィル構造の流体動圧軸受を採用することで低コスト化することができる。
【0020】
加えて、本発明のディスク駆動装置は、情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、前記スピンドルモータは、請求項2に記載したスピンドルモータであることを特徴とする(請求項3)。
【0021】
本発明のスピンドルモータは、信頼性並びに耐久性に優れ且つ消費電力量を抑制し、また低コスト化したものとすることがが可能であることから、高い回転精度並びに耐久性及び低消費電力量並びに低コスト化が要求されるハードディスクを駆動するディスク駆動装置において好適に使用可能であるが、これに限定されず、ハードディスク等の固定式又はCD−ROM、DVD等の着脱式の記録媒体を駆動するディスク駆動装置においても同様に使用可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる流体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにこのスピンドルモータを用いたディスク駆動装置の実施形態について図2乃至図6を参照して説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【0023】
(1)スピンドルモータの構成
図2に図示されるスピンドルモータは、外周部にハードディスク(図6においてディスク板53として示す)が保持されるロータハブ2と、このロータハブ2に取付けられるシャフト4と、シャフト4の自由端部(ロータハブ2に取付けられる側とは反対側の端部)の外周面から半径方向外方に延伸する円板状のスラストプレート6とから構成されるロータと、ブラケット8に設けられた円筒状ボス部8aに固着されたスリーブ10とを有する。ロータハブ2の内面側には、ロータマグネット12が接着等の手段によって取付けられ、ブラケット8にはこのロータマグネット12と半径方向に対向してステータ14が配置される。
【0024】
スリーブ10には、図2及び図3に示すように、スリーブ10を軸線方向に貫通する貫通孔10aが形成されており、シャフト4は、この貫通孔10aとの間に微小間隙を形成して挿通される。貫通孔10aの一方の開口側(ブラケット8側)には、スラストプレート6に対応して第1の段部10a1が形成され、貫通孔10aより内径が拡大すると共に、第1の端部10a1に連続して内径が更に拡大する第2の段部10a2が形成される。第1の段部10a1の平坦面はスラストプレート6の上側面との間に微小間隙を形成すると共に、第1の段部10a1の内周面はスラストプレート6の外周面との間に隙間を形成している。第2の段部10a2には、貫通孔10aの開口を閉塞するスラストブッシュ16が取付けられており、このスラストブッシュ16は、スラストプレート6の下側面並びにシャフト4の自由端部側端面との間に隙間を形成している。
【0025】
これら貫通孔10aの内周面とシャフト4の外周面との間に形成される微小間隙、第1の段部10a1の平坦面とスラストプレート6の上側面との間の微小間隙並びに第1の段部10a1の内周面とスラストプレート6の外周面との間の隙間、更には、スラストブッシュ16とスラストプレート6の下側面との間の隙間は、全て連続しており、これら連続する各隙間内には、オイルが途切れることなく連続して保持されている。シャフト4のロータハブ2取付部側近傍の外周面には、貫通孔10aの内周面との間に形成される微小間隙の半径方向の隙間寸法が、ロータハブ2側に向かって漸次拡大するよう構成された環状溝4aが設けられており、この環状溝4aと貫通孔10aの内周面との間にオイルの界面が形成され、テーパシール17としての機能を奏する。
【0026】
(2)軸受部の構成
次に、図2乃至図4を参照して、各軸受部について説明する。
【0027】
スリーブ10の貫通孔10aの内周面には、シャフト4の環状溝4aの軸線方向内方側に、回転方向に対して相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状のヘリングボーングルーブ18aによる周状の動圧発生溝列が形成されており、シャフト4の外周面との間に上部ラジアル動圧軸受部18が構成されている。
【0028】
また、スリーブ10の貫通孔10aの内周面には、第1の段部10a1に隣接して、ロータ6の回転時にオイルに流体動圧を誘起する、相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状のヘリングボーングルーブ20aによる周状の動圧発生溝列が形成されており、シャフト4の外周面との間で下部ラジアル動圧軸受部20が構成される。
【0029】
上部及び下部ラジアル動圧軸受部18,20に形成されるヘリングボーングルーブ18a,20aは、各スパイラル溝部が実質的に同等のポンピング力を発生するよう、回転軸心に対する傾斜角度、溝深さ、全長及び幅寸法が略同一となる、つまり、各スパイラル溝が連結部に対して線対称になるよう設定されている。
【0030】
スリーブ10に形成された第1の段部10a1の平坦面には、スパイラルグルーブ22aによる動圧発生溝列がスラストプレート6と同心円状に形成されており、スラストプレート6の上側面との間に上部スラスト動圧軸受部22が構成されている。このスパイラルグルーブ22aは、スラストプレート6の回転に応じてオイルを半径方向内方、つまりシャフト4側に作用する動圧(流体動圧B)が発生するようポンプイン形状を有しており、スパイラルグルーブ22aによって発生した流体動圧によって、スラストプレート6が第1の段部10a1から離間する方向に作用する軸支持力が得られる。
【0031】
更に、スラストプレート6の下側面と軸線方向に対向する、スラストブッシュ16の内面には、スパイラルグルーブ24aによる動圧発生溝列がスラストプレート6と同心円状に形成されており、スラストプレート6の下側面との間に下部スラスト動圧軸受部24が構成されている。このスパイラルグルーブ24aは、上部スラスト動圧軸受部22に形成されるスパイラルグルーブ22aと同様に、スラストプレート6の回転に応じてオイルを半径方向内方、つまりスラストプレート6の回転中心部側に作用する動圧が発生するよう、ポンプイン形状を有しており、スパイラルグルーブ22aによって発生した流体動圧によって、スラストプレート6がスラストブッシュ16に対して浮上する。
【0032】
このように、上部及び下部スラスト動圧軸受部22,24に形成される動圧発生溝をスパイラルグルーブ22a,24aとすることで、スラスト動圧軸受部に動圧発生溝としてヘリングボーングルーブを設ける場合に比べて、軸受としての効率が改善される。
【0033】
すなわち、ヘリングボーングルーブは、上述したとおり、回転方向に対して相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状の形状を有しており、ロータの回転時に軸受部の両端部側から、スパイラル溝の連結部に向かってオイルをポンピングすることで、スパイラル溝の連結部を頂点とする山型の圧力分布となる。これに対し、スパイラルグルーブ22a,24aでは、軸受部の中心部、つまり上部スラスト動圧軸受部ではシャフト4の外周部また下部スラスト動圧軸受部24ではシャフト4の回転軸心部を含む略台形状の圧力分布となる。
【0034】
従って、ヘリングボーングルーブを動圧発生溝として設けた場合と比べて、荷重支持にあたる有効面積を拡大することができ、同じ負荷のスピンドルモータに適用する場合、スラストプレート6の外径を小径化することができ、周速が小に保たれるので、オイルの粘性抵抗に起因する損失が抑制されることとなる。
【0035】
つまりヘリングボーングルーブをスラスト動圧軸受部の動圧発生溝として適用する場合に比べ、同等の負荷性能(荷重支持力)を維持しつつ、損失を低減してスピンドルモータの消費電力量を抑制することが可能になる。
【0036】
また、上部ラジアル動圧軸受部18とテーパシール17との間には、スパイラルグルーブ19が形成されており、このスパイラルグルーブ19によって、シャフト4の回転に応じて、オイルに対して界面側からスラストプレート6側に向かって押し込む押し込み圧が生じる。この押し込み圧によって、スパイラルグルーブ19及び上部ラジアル動圧軸受部18のヘリングボーングルーブ18aによって高められたオイル内圧がスラストプレート6側に伝播される。
【0037】
(3)軸支持方法
上記のとおり構成された各動圧軸受部による軸支持方法について以下に詳述する。尚、図5は、スリーブ10の貫通孔10aの内周面とシャフト4の外周面との間に形成される微小間隙、第1の段部10a1の平坦面とスラストプレート6の上側面との間の微小間隙並びに第1の段部10a1の内周面とスラストプレート4の外周面との間の隙間、更には、スラストブッシュ16とスラストプレート6の下側面との間の隙間に保持されるオイルの圧力分布の相対的な関係を展開し、概念として模式的に示した圧力分布図であるが、スピンドルモータの圧力分布は軸対称となるため、図5において一点鎖線で示す回転軸心に対して、スピンドルモータの縦断面で反対側となる領域の圧力分布は省略している。また、図5において示す番号は、図2において各軸受部に対して付す番号と同一である。
【0038】
スピンドルモータの回転に応じて、上部及び下部ラジアル動圧軸受18,20では、ヘリングボーングルーブ18a,20aによるポンピング力が高まり、ラジアル方向の荷重を支持するために必要な支持圧を発生すると同時に、上部ラジアル動圧軸受部18とテーパシール17との間に形成されたスパイラルグルーブ19のポンピングによって、オイルに対して界面側からスラストプレート6側に作用する押し込み圧が生じる。
【0039】
このとき、スパイラルグルーブ19によって発生したオイルに対する押し込み圧で、上部ラジアル動圧軸受部18よりもスラストプレート6側に位置する間隙中に保持されるオイルの内圧が大気圧以上となり、負圧の発生が防止される。
【0040】
上部及び下部ラジアル動圧軸受部18,20では、軸線方向にバランスした形状のヘリングボーングルーブ18a,20aによって、軸受の軸線方向両端部側から軸受の中央部に向かって実質上均等な圧力でオイルをポンピングするので、発生する流体動圧の圧力勾配が軸線方向に対称となり、オイルに対して軸線方向いずれかの方向に作用する押し込み圧を誘起しない。従って、スパイラルグルーブ19によるオイルに対する押し込み圧は、上部及び下部ラジアル動圧軸受部18,20による干渉を受けることはない。
【0041】
しかしながら、上部スラスト動圧軸受部22においては、スパイラルグルーブ22aによって半径方向内方に向かうオイルの流動を促し、動圧(流動圧)を発生させている。このため、上部ラジアル動圧軸受部18で発生するオイルに対する押し込み圧と、上部スラスト動圧軸受部22で発生するオイルの流動とが相互に干渉することとなるが、上部及び下部ラジアル動圧軸受部18,20が構成されるスリーブ10の貫通孔10aとシャフト4の外周面との間に形成される微小間隙の方が、上部スラスト動圧軸受部22が構成される第1の段部10a1の平坦面とスラストプレート6の上側面との間の微小間隙よりも隙間寸法が圧倒的に小さい。従って、スパイラルグルーブ19によって発生する流体動圧の軸線方向の圧力勾配と上部スラスト動圧軸受部22に形成されるスパイラルグルーブ22aによって発生する流体動圧の半径方向の圧力勾配とを考慮した場合に、上部スラスト動圧軸受部22におけるオイルの流動圧よりも常に高くなる。
【0042】
よって、第1の段部10a1の内周面とスラストプレート6の外周面との間の隙間に保持されるオイルに対して、上部スラスト動圧軸受部22に形成されたスパイラルグルーブ22aの影響をさほど受けることなく、スパイラルグルーブ19の発生すオイルに対する押し込み圧がスラストプレート6の外周部部分に保持されるオイルへと伝播され、そのオイル内圧が高められる。その結果、オイルの内圧が大気圧以上に維持され、負圧の発生による気泡の発生が防止されるので、この気泡に起因する種々の問題が解消される。
【0043】
尚、スピンドルモータの定常回転時、上部スラスト動圧軸受部22よりも軸受として作用する有効面積が大な下部スラスト動圧軸受部24で発生する流体動圧によって、上部スラスト動圧軸受部22で発生するオイルの流動圧よりも大な浮上力がスラストプレート6に対して付与され、上部スラスト動圧軸受部22が構成される微小間隙の間隙寸法が狭まり、スパイラルグルーブ22aによるポンピング力が強化される。このため、スパイラルグルーブ19による押し込み圧が抑制され、スラストプレート6の外周部側へ向かう圧力は減少する。従って、シャフト4が必要以上に浮上する過浮上の発生が抑制される。
【0044】
また、テーパシール17と上部ラジアル動圧軸受部18との間にスパイラルグルーブ19を設け、上述のとおりオイルに対して界面側からスラストプレート6側に押し込み圧を付与することで、モータの回転時にはオイルの界面が常に上部ラジアル動圧軸受部18側に引き込まれるようになり、テーパシール17によるシール機能を高め、軸受外部へのオイルの漏れ出しを効果的に防止することができるようになる。
【0045】
(4)ディスク駆動装置の構成
図6に、一般的なディスク駆動装置50の内部構成を模式図として示す。ハウジング51の内部は塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板53が装着されたスピンドルモータ52が設置されている。加えてハウジング51の内部には、ディスク板53に対して情報を読み書きするヘッド移動機構57が配置され、このヘッド移動機構57は、ディスク板53上の情報を読み書きするヘッド56、このヘッドを支えるアーム55及びヘッド56及びアーム55をディスク板53上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部54により構成される。
【0046】
このようなディスク駆動装置50のスピンドルモータ52として図2において図示されるスピンドルモータを使用することで、所望の回転精度を得つつもディスク駆動装置50の薄型化並びに低コスト化が可能になる。
【0047】
以上、本発明に従う流体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータ並びにディスク駆動装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【0048】
例えば、シャフト4やスリーブ10といった軸受の構成部材は、アルミニウム系の材料、銅系材料、ステンレス綱といった無垢の金属材あるいは銅粉末や鉄粉末等を焼結した焼結材等から適宜選択して使用可能である。
【0049】
また、ブラケット8は、ディスク駆動装置のハウジング(図6において、ハウジング51として示す)にネジ等の手段で固定されるが、ハウジングとブラケットとを一体化することで、このハウジングをブラケット8として用いることも可能である。
【0050】
【発明の効果】
本発明の請求項1の流体動圧軸受では、オイル内に発生する気泡による悪影響を排除し、構造の簡略化並びに低コスト化が可能となる。加えて、スラスト動圧軸受部の動圧発生溝をスパイラルグルーブとすることで、オイルの粘性抵抗が抑制され、高効率化することが可能となる。
【0052】
本発明の請求項2のスピンドルモータでは、信頼性並びに耐久性に優れ且つ低消費電力化並びに低コスト化することが可能となる。
【0053】
本発明の請求項3のディスク駆動装置では、内蔵されるスピンドルモータが信頼性並びに耐久性に優れ且つ低消費電力であることから、高い回転精度並びに耐久性を有することが可能となると共に、低消費電力量化並びに低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の流体動圧軸受を用いたスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【図2】本発明にかかる流体動圧軸受及びこれを用いたスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【図3】スリーブの断面を模式的に示した断面図である。
【図4】スラスト動圧軸受部に形成されるスパイラルグルーブの模式図である。
【図5】オイルの圧力分布を概念的に示した圧力分布図である。
【図6】ディスク駆動装置の内部構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
4 シャフト
6 スラストプレート
10 スリーブ
16 スラストブッシュ(ブッシュ)
18,20 ラジアル動圧軸受部
18a,20a ヘリングボーングルーブ
19 スパイラルグルーブ
22,24 スラスト動圧軸受部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid dynamic pressure bearing, a spindle motor using the fluid dynamic bearing, and a disk drive device using the spindle motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a bearing of a spindle motor used in a disk drive device for driving a recording medium such as a hard disk, a lubricating fluid such as oil interposed between the shaft and the sleeve in order to support the shaft and the sleeve so as to be relatively rotatable. Various fluid dynamic pressure bearings utilizing the fluid pressure have been proposed.
[0003]
As shown in FIG. 1, a spindle motor using such a conventional fluid dynamic pressure bearing has an outer peripheral surface of a shaft b integrated with the rotor a and an inner periphery of a sleeve c through which the shaft b is rotatably inserted. A pair of radial bearings d, d is formed between the upper surface of the disk-shaped thrust plate e and the sleeve b projecting radially outward from the outer peripheral surface of one end of the shaft a. A pair of thrust bearing portions g, g are formed between the flat surface of the stepped portion and between the lower surface of the thrust plate e and the thrust bushing f that closes one opening of the sleeve b.
[0004]
A series of minute gaps are formed between the shaft b and the thrust plate e and the sleeve c and the thrust bush d, and oil is continuously held in these minute gaps without interruption as oil. (Such an oil retaining structure is hereinafter referred to as a “full-fill structure”), the radial bearing portions d and d and the thrust bearing portions g and g are herrings for inducing dynamic pressure in the oil when the rotor a rotates. Bone grooves d1, d1 and g1, g1 are formed, respectively.
[0005]
The radial bearing portions d and d and the thrust bearing portions g and g are formed with herringbone grooves d1, d1 and g1, g1 formed by connecting a pair of spiral grooves, and according to the rotation of the rotor a. The maximum dynamic pressure is generated at the central portion of the bearing portion where the connecting portion of the spiral groove is located, and the load acting on the rotor a is supported.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In such a spindle motor, a taper seal portion h is formed in the vicinity of the upper end portion of the sleeve c located on the opposite side in the axial direction to the thrust bearing portions g and g, and the surface tension of the oil and the atmospheric pressure are balanced. Interface. That is, the internal pressure of the oil in the taper seal portion h is maintained at a pressure substantially equal to the atmospheric pressure.
[0007]
Now, when the rotor a starts to rotate, the oil is drawn into the center side of each radial bearing part d, d and thrust bearing part g, g by pumping by the dynamic pressure generating grooves d1, d1, g1, g1. On the other hand, the fluid dynamic pressure reaches a maximum at the center of the bearing, but the internal pressure of the oil decreases at the end of the bearing. On the other hand, at the end of the radial bearing portion adjacent to the taper seal portion h, the interface moves in the taper seal portion h according to the fluctuation of the oil internal pressure, and the atmospheric pressure and the oil internal pressure are antagonized. Although it is possible, oil and thrust held between the pair of radial bearing portions d and d in the region between the bearing portions, that is, between the outer peripheral surface of the shaft b and the inner peripheral surface of the sleeve c. In the area around the plate e, the oil held near the outer peripheral portion of the thrust plate located between the thrust bearing portions g and g is in accordance with the pumping of the dynamic pressure generating grooves d1, d1 and g1, g1. In some cases, the internal pressure decreases and eventually decreases to below atmospheric pressure and becomes negative pressure.
[0008]
If the motor continues to operate in a state where a negative pressure is generated in a portion that is originally filled with oil, bubbles are generated in that portion. This has the property of dissolving air in the oil, and when the oil is in contact with the atmospheric pressure and the part below the atmospheric pressure, the air melts from the atmospheric pressure side and dissolves into the negative pressure part below the atmospheric pressure. This is due to the action. If air bubbles are generated inside the bearing in this way, oil leaks to the outside of the bearing, affecting the durability and reliability of the spindle motor, or vibration caused by contact of the dynamic pressure generating groove with the air bubbles. There arises a problem that affects the rotation accuracy of the spindle motor, such as occurrence of NRRO and deterioration of NRRO (non-repetitive shake component).
[0009]
The present invention prevents negative effects due to air bubbles by preventing the occurrence of negative pressure in the oil, and can reduce the loss due to the viscous resistance of the oil and increase the efficiency. An object of the present invention is to provide a simple fluid dynamic pressure bearing, a spindle motor using the same, and a disk drive using the spindle motor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The fluid dynamic pressure bearing according to the present invention includes a hollow cylindrical sleeve, a shaft that is radially opposed to the inner peripheral surface of the sleeve via a gap, and extends radially outward at one end of the shaft. And a disc-shaped thrust plate whose one surface is axially opposed to one end surface of the sleeve via a gap, and the other surface of the thrust plate mounted on one end of the sleeve and the end surface of the shaft. and the bush which faces in the axial direction through the, to function as a continuous held by Rutotomoni tapered seal without interruption it into the gap formed respectively between said shaft and said thrust plate and the sleeve and the bush interface only in the vicinity of the other end of the sleeve comprises an oil that is one form, the shaft and the thrust plate and the sleeve as well as A fluid dynamic pressure bearing that supports relative rotation with a bush using fluid dynamic pressure induced by the oil, and between the one end surface of the sleeve and one surface of the thrust plate, One thrust dynamic pressure bearing portion for inducing a fluid dynamic pressure inward in the radial direction of the oil is configured, and between the bush and the other surface of the thrust plate, a radial direction is applied to the oil during the relative rotation. The other thrust dynamic pressure bearing portion that induces the fluid dynamic pressure toward the inside is configured, and a pair of radial dynamic pressure bearing portions are disposed between the inner peripheral surface of the sleeve and the outer peripheral surface of the shaft. axially configured apart, wherein the pair of radial dynamic pressure bearing portion, with herringbone grooves of symmetrical shape in the axial direction as the dynamic pressure generating grooves are formed, the one and the other thrust dynamic in The bearing portion, the spiral groove to induce hydrodynamic directed radially inwards is provided as a dynamic pressure generating grooves each, the interface of the oil is formed in proximity to the other end face of the sleeve, the pair Between the oil interface and the radial dynamic pressure bearing portion adjacent thereto, at least one of the inner peripheral surface of the sleeve and the outer peripheral surface of the shaft, A spiral groove is formed to urge the oil toward the thrust plate during rotation and to keep the internal pressure of the oil held in the gap located between the dynamic pressure bearing portions at or above the atmospheric pressure at all times. (Claim 1).
[0011]
This configuration relates to a fluid dynamic pressure bearing having a full-fill structure.
[0012]
In addition to the herringbone groove formed as a dynamic pressure generating groove in the radial dynamic pressure bearing part, a spiral groove is provided adjacent to the radial bearing part configured on the interface side of the oil, so that the oil against the oil at the time of relative rotation A fluid dynamic pressure (this pressure is hereinafter referred to as “indentation pressure”) is generated in the axial direction and toward the thrust plate, and this indentation pressure is generated between the end surface of the sleeve and one surface of the thrust plate. It becomes larger than the fluid dynamic pressure directed inward in the radial direction induced by one of the thrust dynamic pressure bearing portions formed therebetween. Therefore, the indentation pressure by the spiral groove is slightly canceled by one thrust dynamic pressure bearing portion, but is still transmitted to the oil held on the outer peripheral portion of the thrust plate while maintaining the oil internal pressure equal to or higher than the atmospheric pressure.
[0013]
That is, in a fluid dynamic pressure bearing with a full-fill structure, the internal pressure of oil held in the gaps between the bearing portions, which tend to be negative due to pumping of the dynamic pressure generating grooves formed in the bearing portions, is always high. Since the pressure is maintained above the atmospheric pressure, problems such as generation of bubbles due to negative pressure and leakage of oil and deterioration of NRRO caused by the retention of bubbles in the oil are solved.
[0014]
Furthermore, a seal function is achieved by forming a spiral groove between the interface of the oil and the radial dynamic pressure bearing adjacent to the radial dynamic pressure bearing, so as to apply indentation pressure to the oil. And oil leakage to the outside of the bearing is effectively prevented.
[0015]
The pair of radial dynamic pressure bearing portions formed between the spiral groove and one of the thrust dynamic pressure bearing portions is formed with herringbone grooves having a symmetrical shape in the axial direction. The dynamic pressure generated in the bearing portion does not become an unbalanced pressure gradient in the axial direction. Therefore, the pair of radial dynamic pressure bearing portions does not interfere with the pushing pressure of the spiral groove.
[0017]
In the present invention, the fluid dynamic pressure bearing having a full-fill structure can be used to simplify the structure of the bearing portion, and the dynamic pressure generating groove formed in the thrust dynamic pressure bearing portion can be a spiral groove. Thus, the diameter of the thrust plate can be reduced, so that the viscous resistance of the oil due to the peripheral speed of the thrust plate is suppressed, and the efficiency can be increased.
[0018]
Further, the spindle motor of the present invention includes a bracket that holds the stator, a rotor that rotates relative to the bracket, a rotor magnet that is fixed to the rotor and generates a rotating magnetic field in cooperation with the stator, and the rotor in a spindle motor having a fluid dynamic bearing for supporting the rotation of the fluid dynamic bearing it is characterized by a fluid dynamic bearing according to claim 1 (claim 2).
[0019]
Since the fluid dynamic pressure bearing for supporting the rotation of the rotor has the configuration as described above, the problem of bubbles staying in the oil is eliminated, and oil leakage to the outside of the bearing and deterioration of the NRRO are prevented. Therefore, the reliability and durability are excellent, and the efficiency of the bearing is improved. Therefore, the loss during rotation can be reduced and the power consumption can be reduced. Moreover, the cost can be reduced by employing a fluid dynamic pressure bearing having a full-fill structure.
[0020]
In addition, the disk drive device of the present invention includes a housing, a spindle motor that is fixed inside the housing and rotates the recording medium, and a disk drive device on which a disk-shaped recording medium capable of recording information is mounted. A disk drive device having information access means for writing or reading information at a required position of a recording medium, wherein the spindle motor is the spindle motor according to
[0021]
Since the spindle motor of the present invention is excellent in reliability and durability, can suppress power consumption, and can be reduced in cost, it has high rotational accuracy, durability, and low power consumption. In addition, the present invention can be suitably used in a disk drive device that drives a hard disk for which cost reduction is required. However, the present invention is not limited to this. It can also be used in the same disk drive device.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a fluid dynamic pressure bearing according to the present invention, a spindle motor using the same, and a disk drive device using the spindle motor will be described below with reference to FIGS. 2 to 6. The present invention will be described below. The present invention is not limited to the examples.
[0023]
(1) Configuration of Spindle Motor The spindle motor shown in FIG. 2 includes a
[0024]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0025]
A minute gap formed between the inner circumferential surface of these through holes 10a and the outer circumferential surface of the
[0026]
(2) Configuration of Bearing Part Next, each bearing part will be described with reference to FIGS.
[0027]
On the inner peripheral surface of the through hole 10a of the
[0028]
In addition, a pair of spiral grooves that are adjacent to the first stepped portion 10a1 and that incline in opposite directions that induce fluid dynamic pressure in the oil when the rotor 6 rotates are formed on the inner peripheral surface of the through hole 10a of the
[0029]
Herringbone grooves 18a and 20a formed on the upper and lower radial dynamic
[0030]
On the flat surface of the first step portion 10 a 1 formed on the
[0031]
Further, on the inner surface of the
[0032]
As described above, the dynamic pressure generating grooves formed in the upper and lower thrust dynamic
[0033]
In other words, as described above, the herringbone groove has a substantially “<” shape formed by connecting a pair of spiral grooves inclined in directions opposite to the rotation direction. By pumping oil from both ends of the bearing portion toward the spiral groove connection portion during rotation, a pressure distribution in a mountain shape with the spiral groove connection portion at the top is obtained. On the other hand, in the spiral grooves 22a and 24a, the center portion of the bearing portion, that is, the outer peripheral portion of the
[0034]
Therefore, compared to the case where the herringbone groove is provided as a dynamic pressure generating groove, the effective area for supporting the load can be increased, and when applied to a spindle motor having the same load, the outer diameter of the thrust plate 6 is reduced. Since the peripheral speed can be kept small, the loss due to the viscous resistance of the oil is suppressed.
[0035]
In other words, compared to the case where the herringbone groove is applied as a dynamic pressure generating groove of the thrust dynamic pressure bearing portion, the loss is reduced and the power consumption of the spindle motor is suppressed while maintaining the same load performance (load supporting force). It becomes possible.
[0036]
Further, a spiral groove 19 is formed between the upper radial dynamic
[0037]
(3) Shaft support method The shaft support method by each dynamic-pressure bearing part comprised as mentioned above is explained in full detail below. 5 shows a minute gap formed between the inner peripheral surface of the through hole 10a of the
[0038]
In accordance with the rotation of the spindle motor, in the upper and lower radial
[0039]
At this time, the internal pressure of the oil held in the gap located on the thrust plate 6 side with respect to the upper radial dynamic
[0040]
In the upper and lower radial dynamic
[0041]
However, in the upper thrust dynamic
[0042]
Therefore, the influence of the spiral groove 22a formed in the upper thrust dynamic
[0043]
It should be noted that the upper thrust dynamic
[0044]
Further, a spiral groove 19 is provided between the taper seal 17 and the upper radial dynamic
[0045]
(4) Configuration of Disk Drive Device FIG. 6 shows a schematic diagram of the internal configuration of a general disk drive device 50. The interior of the housing 51 forms a clean space with extremely small amounts of dust and the like, and a spindle motor 52 on which a disc-shaped
[0046]
By using the spindle motor shown in FIG. 2 as the spindle motor 52 of such a disk drive device 50, it is possible to reduce the thickness and cost of the disk drive device 50 while obtaining a desired rotational accuracy.
[0047]
The fluid dynamic pressure bearing according to the present invention and the spindle motor and the disk drive device using the fluid dynamic bearing according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the embodiment and departs from the scope of the present invention. Various modifications or corrections can be made without any problem.
[0048]
For example, the constituent members of the bearing such as the
[0049]
The bracket 8 is fixed to a housing of the disk drive device (shown as a housing 51 in FIG. 6) by means such as a screw, but this housing is used as the bracket 8 by integrating the housing and the bracket. It is also possible.
[0050]
【The invention's effect】
In the fluid dynamic pressure bearing according to the first aspect of the present invention, it is possible to eliminate the adverse effect caused by the bubbles generated in the oil, and to simplify the structure and reduce the cost. In addition, by making the dynamic pressure generating groove of the thrust dynamic pressure bearing portion into a spiral groove, the viscous resistance of oil can be suppressed and the efficiency can be increased.
[0052]
The spindle motor according to the second aspect of the present invention is excellent in reliability and durability, and can reduce power consumption and cost.
[0053]
In the disk drive device according to the third aspect of the present invention, since the built-in spindle motor is excellent in reliability and durability and has low power consumption, it is possible to have high rotational accuracy and durability, and low It is possible to reduce power consumption and cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a spindle motor using a conventional fluid dynamic pressure bearing.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a fluid dynamic pressure bearing and a spindle motor using the fluid dynamic bearing according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a sleeve.
FIG. 4 is a schematic view of a spiral groove formed in a thrust dynamic pressure bearing portion.
FIG. 5 is a pressure distribution diagram conceptually showing the pressure distribution of oil.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the disk drive device.
[Explanation of symbols]
4 Shaft 6
18, 20 Radial dynamic pressure bearing portion 18a, 20a Herringbone groove 19
Claims (3)
前記スリーブの一方の端面と前記スラストプレートの一面との間には、前記相対回転時に前記オイルに半径方向内方に向かう流体動圧を誘起する一方のスラスト動圧軸受部が構成され、前記ブッシュと前記スラストプレートの他面との間には、前記相対回転時に前記オイルに半径方向内方に向かう流体動圧を誘起する他方のスラスト動圧軸受部が構成されており、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面との間には、一対のラジアル動圧軸受部が相互に軸線方向に離間して構成され、前記一対のラジアル動圧軸受部には、動圧発生溝として軸線方向に対称な形状のヘリングボーン溝が形成されると共に、前記一方及び他方のスラスト動圧軸受部には、それぞれ半径方向内方に向かう流体動圧を誘起するスパイラルグルーブが動圧発生溝として設けられ、前記オイルの界面は、前記スリーブの他方の端面に近接して形成され、前記一対のラジアル動圧軸受部のうち、該オイルの界面とこれに隣接するラジアル動圧軸受部との間には、前記スリーブの内周面及び前記シャフトの外周面の少なくとも一方の面に、前記相対回転時に前記オイルを前記スラストプレート側に付勢し前記各動圧軸受部間に位置する間隙中に保持されるオイルの内圧を常に大気圧以上に保つためのスパイラル溝が形成されている、ことを特徴とする流体動圧軸受。A hollow cylindrical sleeve, a shaft that is radially opposed to the inner peripheral surface of the sleeve via a gap, and extends radially outward at one end of the shaft, and one surface is one end surface of the sleeve And a disc-shaped thrust plate opposed in the axial direction through a gap, and a bush mounted on one end of the sleeve and opposed to the other surface of the thrust plate and the end surface of the shaft in the axial direction through a gap When only near the other end of the sleeve to function as a continuous held by Rutotomoni tapered seal without interruption it into the gap formed respectively between said shaft and said thrust plate and the sleeve and the bush interface comprises an oil that is one form, the relative rotation between the shaft and the thrust plate and the sleeve and the bush A fluid dynamic bearing that supports using a fluid dynamic pressure induced in the oil,
Between one end surface of the sleeve and one surface of the thrust plate, there is configured one thrust dynamic pressure bearing portion for inducing a fluid dynamic pressure toward the oil radially inward during the relative rotation, and the bush And the other surface of the thrust plate is configured with another thrust dynamic pressure bearing portion for inducing a fluid dynamic pressure toward the oil radially inward during the relative rotation. A pair of radial dynamic pressure bearing portions are configured to be spaced apart from each other in the axial direction between the surface and the outer peripheral surface of the shaft, and the pair of radial dynamic pressure bearing portions include axial directions as dynamic pressure generating grooves. with herringbone grooves of symmetrical shape are formed on the one and the other of the thrust dynamic pressure bearing portion, the spiral groove hydrodynamic groove to induce hydrodynamic directed radially inwards, respectively And provided, the interface of the oil is formed in proximity to the other end face of said sleeve, one of the pair of the radial dynamic pressure bearing portion, a radial dynamic pressure bearing portion adjacent thereto and the interface of the oil In between the gaps, the oil is urged toward the thrust plate at the time of the relative rotation on the inner peripheral surface of the sleeve and the outer peripheral surface of the shaft, and is positioned between the hydrodynamic bearing portions. A fluid dynamic pressure bearing, characterized in that a spiral groove is formed to keep the internal pressure of oil held therein at or above atmospheric pressure.
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