JP4290111B2 - Hydrodynamic bearing device - Google Patents
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Description
本発明は、OA機器やAV機器に使用される流体軸受装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrodynamic bearing device used for OA equipment and AV equipment.
流体軸受装置は、テーブル型VTRやカメラ一体型VTRの回転ヘッドシリンダ,レーザー複写機のポリゴンスキャナーモータ、フロッピー(登録商標)ディスク装置やハードディスク装置の記録媒体の回転駆動部に採用されている。 The hydrodynamic bearing device is employed in a rotary head cylinder of a table type VTR or a camera-integrated type VTR, a polygon scanner motor of a laser copying machine, a rotational drive unit of a recording medium of a floppy (registered trademark) disk device or a hard disk device.
具体的には、ハードディスク装置ではそのメモリー容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、この種の記録装置に用いられるディスク回転装置は高速、高精度回転が必要となっている。 Specifically, since the memory capacity of a hard disk device is increased and the data transfer speed is increased, the disk rotation device used in this type of recording device requires high speed and high precision rotation. .
その回転主軸部には、特許文献1に開示されるような流体軸受装置が用いられている。これは図6と図7に示すように構成されている。
固定軸1とこの固定軸1に枢支された回転スリーブ2を有している。固定軸1の基端は下ケース3に固定されている。回転スリーブ2の外周にはハードディスク4が取り付けられている。
A hydrodynamic bearing device as disclosed in
A
固定軸1と回転スリーブ2との間に形成されたラジアル側動圧発生部5は、固定軸1の外周面に動圧発生溝6が形成されている。固定軸1の先端には、この固定軸1に螺合する雄ねじ部7が形成された延長軸8によって固定スラスト板9が取り付けられている。
A radial-side dynamic
回転スリーブ2の側には、固定スラスト板9に対応して凹部10が形成されている。この凹部10の開口部は、中心に前記延長軸8の外径より大径の中心孔11が穿設された回転スラスト板12によって閉塞してネジ13で回転スリーブ2に係止されている。
A
このようにして、回転スリーブ2の側の前記凹部10と固定スラスト板9と回転スラスト板12との間に形成されたスラスト側動圧発生部14は、固定スラスト板9の上面と下面に動圧発生溝15,16が形成されている。このスラスト側動圧発生部14と前記ラジアル側動圧発生部5とには、潤滑流体が充填されている。
In this way, the thrust side dynamic
下ケース3には固定軸1の基端部の周囲にステータ巻線17が配置され、回転スリーブ2の内周部には前記ステータ巻線17に対向してマグネット18が取り付けられている。また、延長軸8は上ケース19にネジ20で固定されている。
In the
このように構成された流体軸受装置は、ステータ巻線17を励磁すると、回転スリーブ2を介してハードディスク4が、下ケース3と上ケース19との間に形成された密閉空間で高速回転する。
In the hydrodynamic bearing device configured as described above, when the stator winding 17 is excited, the
固定軸1に対して回転スリーブ2が回転することによって、潤滑流体をポンピングして回転スリーブ2が非接触回転している。スラスト側動圧発生部14の動圧発生溝15,16についてはこの特許文献1については具体的に記載されていないが、一般的には特許文献2などに見られるように構成される。これは、図8に示すようにスラスト動圧発生用グルーブを円周方向のヘリングボーン溝22で構成し、このヘリングボーンの頂点を結ぶ位置23を、スラスト側動圧発生部のラジアル方向の1/2の位置になるように設定されている。
By rotating the rotating
しかしながら上記のような構成では、次の様な問題点がある。このタイプは極めて高速回転するとともに、スラスト動圧部の上部はオープンになっているため、潤滑流体の使用中の温度上昇や高温下環境での使用による潤滑流体膨張、潤滑流体に含まれる気泡(空気)が温度上昇や高温下環境での使用による温度膨張、潤滑流体の注入時のディスペンサーの注入量のバラツキにより多く注入される、などの諸要因によってスラスト動圧部分の潤滑流体が漏れやすい固有のデメリットを有している。 However, the above configuration has the following problems. This type rotates at a very high speed and the upper part of the thrust dynamic pressure part is open, so the temperature rises during use of the lubricating fluid, expansion of the lubricating fluid due to use in a high temperature environment, bubbles contained in the lubricating fluid ( The air tends to leak due to various factors, such as temperature expansion due to temperature rise or use in high temperature environments, and more due to variations in dispenser injection amount when lubricating fluid is injected. Has the disadvantages.
本発明は、高速回転、高温の環境下で発生する潤滑流体の不足による軸受のロックや焼き付けを防止できる流体軸受装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hydrodynamic bearing device capable of preventing bearing locking and seizure due to lack of lubricating fluid generated in a high-speed rotation and high-temperature environment.
本発明の請求項1記載の流体軸受装置は、基端がケーシングに取り付けられた固定軸と、前記固定軸に回転自在に枢支され、前記固定軸よりも大径の凹部が端部に形成され外周部に負荷が取り付けられた回転スリーブと、前記固定軸に取り付けられ、その一方の面が前記回転スリーブの前記凹部の底面に対向すると共に、外周面が前記凹部の内周面に対向する固定スラスト板と、前記固定スラスト板の前記一方の面とは反対側の面に対向配置されると共に、前記回転スリーブの前記凹部の開口部に取り付けられた円盤状の回転スラスト板とを設け、前記固定軸の外周面と前記回転スリーブの中心孔の内周面とで形成されるラジアル側動圧発生部にラジアル動圧発生用グルーブを形成し、前記回転スラスト板と前記固定スラスト板との対向面、および前記回転スリーブの前記凹部の前記開口部の底面と前記固定スラスト板との対向面で形成される2つのスラスト側動圧発生部にスラスト動圧発生用グルーブを形成し、前記ラジアル側動圧発生部および前記スラスト側動圧発生部に潤滑流体を充填し、2つの前記スラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の位置を、前記スラスト側動圧発生部のラジアル方向の1/2よりも前記固定スラスト板の外径側に設定し、前記スラスト側動圧発生部における回転スラスト側の有効内径をd1、前記固定スラスト板の外径をd2、前記回転スラスト板と前記固定スラスト板との間のスラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の径をd3、前記回転スリーブの前記開口部の内径をd4とした場合に、d2(d4−d2)> d1((d3−d1)−(d2−d3))に設定したしたことを特徴とする。
The hydrodynamic bearing device according to
本発明の請求項2記載の流体軸受装置は、請求項1において、スラスト動圧発生用グルーブを、円周方向のヘリングボーン溝で構成し、このヘリングボーンの頂点を結ぶ位置を、スラスト側動圧発生部のラジアル方向の1/2よりも固定スラスト板の外径側に設定したことを特徴とする。
本発明の請求項3記載の流体軸受装置は、請求項1または請求項2の何れかにおいて、前記回転スラスト側の有効内径d1と、前記固定スラスト板の外径d2と、前記スラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の径d3は、d2 2 − d3 2 = d3 2 − d1 2
の関係を満たすことを特徴とする。
A hydrodynamic bearing device according to a second aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to the first aspect, wherein the thrust dynamic pressure generating groove is formed by a herringbone groove in the circumferential direction, and a position connecting the apexes of the herringbone is determined by the thrust side motion. It is characterized in that it is set on the outer diameter side of the fixed thrust plate from 1/2 in the radial direction of the pressure generating portion.
A hydrodynamic bearing device according to a third aspect of the present invention is the hydrodynamic bearing device according to the first or second aspect, wherein the effective inner diameter d1 on the rotary thrust side, the outer diameter d2 of the fixed thrust plate, and the thrust dynamic pressure generation The diameter d3 of the maximum pressure generating portion of the groove for use is d2 2 −d3 2 = d3 2 −d1 2
It is characterized by satisfying the relationship .
この構成によると、スラスト方向の浮上量の低下が無く、高速回転、高温の環境下で発生する潤滑流体の不足によるロックや焼き付けを防止でき、長期間にわたって安定に動作する信頼性の高い装置を実現できるものである。したがって、特にハードディスク装置に好適な流体軸受装置を実現できる。 According to this configuration, there is no reduction in the flying height in the thrust direction, and it is possible to prevent locking and burning due to lack of lubricating fluid generated under high-speed rotation and high-temperature environments, and a highly reliable device that operates stably over a long period of time. It can be realized. Therefore, it is possible to realize a hydrodynamic bearing device particularly suitable for a hard disk device.
本発明の実施の形態を図1〜図5と図9に基づいて説明する。
図1はハードディスク装置に使用した流体軸受装置を示す。この流体軸受装置は固定軸両持ち構造で図示されているが、固定軸片持ち構造としても使用できる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and FIG. 9.
FIG. 1 shows a hydrodynamic bearing device used in a hard disk device. Although this hydrodynamic bearing device is illustrated with a fixed-shaft cantilever structure, it can also be used as a fixed-shaft cantilever structure.
図1に示した全体的な構成は図6,図7に示した従来の構成と同一であるが、細部においては異なる。なお、従来例と同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明する。
図1において、固定軸1の基端はネジ24で下ケース3に固定されている。回転スリーブ2の側には、固定軸1の先端に固定スラスト板9が延長軸8によって取り付けられている。
The overall configuration shown in FIG. 1 is the same as the conventional configuration shown in FIGS. 6 and 7, but differs in detail. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what has the effect | action similar to a prior art example.
In FIG. 1, the base end of the fixed
回転スリーブ2の側には、前記固定スラスト板9の下面と上面および前記下面と上面をつなぐ外周面に沿った対向面で構成される凹部10を設け、固定軸1と回転スリーブ2との間に形成されたラジアル側動圧発生部5の一端部に、固定スラスト板9と凹部10とで形成されたスラスト側動圧発生部14が形成されている。ラジアル側動圧発生部5は固定軸1の外周面に動圧発生溝6が形成されている。スラスト側動圧発生部14は固定スラスト板9の上面に動圧発生溝15が形成され、固定スラスト板9の下面に動圧発生溝16が形成されている。
On the
図2に示すように、固定スラスト板9の厚さをtとし、凹部10の開口部の幅をΔLとした場合に、スラスト側動圧発生部14の開放端のラジアル方向の隙間Δd(図3を参照)を、 Δd > ΔL − t に設定した。
As shown in FIG. 2, when the thickness of the fixed
ラジアル側動圧発生部5からスラスト側動圧発生部14にわたっては潤滑流体21を充填した。使用した潤滑流体は、95パーセント以上がエステル油を用い、残りの5パーセント以下は、鉱油、オレフィン、炭化水素などである。その表面張力は25dyn/cm(at29℃)以上に調製した。
The lubricating
また、図1においてラジアル側動圧発生部5の下端に位置する前記回転スリーブ2と固定軸1との隙間は、固定軸1の径が基端部に向かって次第に細くなるテーパ部1aを有しており、これに対応する回転スリーブ2の内径もラジアル側動圧発生部5の部分よりも大径に形成されており、表面張力によって潤滑流体が入り込まない区間がこの両者によって形成されている。
Further, in FIG. 1, the gap between the
回転スリーブ2は材質が銅合金およびアルミ合金で作成されており、磁気の漏洩を低減するために磁性鋼板25がマグネット18との間に介装されている。このように構成したため、ステータ巻線17を励磁すると、回転スリーブ2を介してハードディスク4が、下ケース3と上ケース19との間に形成された密閉雰囲気Sで高速回転し、固定軸1に対して回転スリーブ2が回転することによって、潤滑流体をポンピングして回転スリーブ2が非接触回転する。
The
回転中のスラスト側動圧発生部14における固定スラスト板9の上面と回転スラスト板12の下面との隙間は5μm、固定スラスト板9の下面とこの下面と回転スリーブ2との対向面との隙間は10μmの場合に好適な性能が得られた。これは
ΔL = t + 15μm
と表現できる。
The gap between the upper surface of the fixed
Can be expressed as
スラスト方向の耐衝撃性能の向上の観点からは、この隙間は小さい方が好ましいが、現実的な加工精度の信頼性からは、下限は
ΔL = t + 10μm
が限界であった。また、目標値となる500G耐衝撃の許容範囲から上限は
ΔL = t + 30μm
が限界であった。したがって、許容範囲は、
ΔL = t + 10μm〜30μm
と表現できる。図4はこの隙間と耐衝撃の測定結果を示す。
From the viewpoint of improving the impact resistance performance in the thrust direction, it is preferable that this gap is small. However, from the viewpoint of reliability of realistic machining accuracy, the lower limit is ΔL = t + 10 μm.
Was the limit. In addition, the upper limit is ΔL = t + 30 μm from the allowable range of 500G impact resistance which is the target value.
Was the limit. Therefore, the tolerance is
ΔL = t + 10 μm to 30 μm
Can be expressed as FIG. 4 shows the measurement results of the gap and impact resistance.
加工精度を上げずに、しかも実用的な範囲で目標値となる耐衝撃値を下げた場合には、
ΔL = t + 20μm〜40μm
が許容範囲であった。
If the impact resistance value, which is the target value within the practical range, is lowered without increasing the processing accuracy,
ΔL = t + 20 μm to 40 μm
Was acceptable.
さらに、図3に示すように、上記のように固定スラスト板9の上面と回転スラスト板12の下面との隙間が5μmで、ΔL = t + 15μm の場合の開放端のラジアル方向の隙間Δdを、使用している潤滑流体の表面張力によってこの潤滑流体が入り込まない隙間として15μmに設定して、運転中のスラスト側動圧発生部の開放端から外部への潤滑流体の飛散を検証すると、潤滑流体の飛散は確認できなかった。ラジアル方向の隙間Δdの許容範囲は
Δd > ΔL − t
であった。
Further, as shown in FIG. 3, when the gap between the upper surface of the fixed
Met.
スラスト側動圧発生部14における固定スラスト板9の上面に形成された動圧発生溝15は、図5に示すように円周方向のヘリングボーン溝22で構成し、このヘリングボーン溝22の頂点を結ぶ位置23を、スラスト側動圧発生部のラジアル方向の1/2よりも固定スラスト板9の外径側に設定されている。
The dynamic
ヘリングボーン溝22の頂点を結ぶ位置23は、スラスト側動圧発生部に形成された最大圧力発生部位であって、運転中のスラスト側動圧発生部14において位置23で分けられる内周側26と外周側27とで表面張力が等しく、潤滑流体の量もその両側で等しくなって、内周側26から外周側27へ流出する潤滑流体を無くして、回転スリーブ2の浮上量の低下が無く、高速回転、高温の環境下で発生する潤滑流体の不足によるモータのロックや焼き付けを防止できる。
A
この位置23は下記のように表現できる。図2と図3に示すように、スラスト側動圧発生部における回転スラスト側の有効内径d1は、固定スラスト板9の上面の上面に形成された動圧発生溝15を考える場合には回転スラスト板12の内径である。固定スラスト板9の外径をd2,スラスト側動圧発生部に形成されたスラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の径をd3とした場合に、
d22 − d32 = d32 − d12
と内周側と外周側の面積をほぼ等しく設定することによって実現できる。
This
d2 2 -d3 2 = d3 2 -d1 2
This can be realized by setting the areas of the inner peripheral side and the outer peripheral side substantially equal.
また、回転スリーブ2の凹部10の開口部の内径をd4とした場合に、
d2(d4−d2) > d1((d3−d1)−(d2−d3))
に設定する。ここで、長期運転でスラスト側動圧発生部の内周側で発生する気泡が固定スラスト板9と回転スリーブ2の間の凹部10に移動してしまっても、外周部における気泡の幅の最大値は、
(d1/d2)*((d3−d1)−(d2−d3))
を越えることはない。このとき、固定スラスト板9と回転スリーブ2の間の凹部10の開口部内径の幅を、この気泡の最大幅より広くすることによって、外周部側に位置する気泡によって凹部10内の潤滑流体が分断されることはないので、固定スラスト板9の外周からヘリングボーン溝への潤滑流体の供給が可能となり、長寿命の流体軸受装置を実現できる。
When the inner diameter of the opening of the
d2 (d4-d2)> d1 ((d3-d1)-(d2-d3))
Set to . Here, even if the bubbles generated on the inner peripheral side of the thrust side dynamic pressure generating portion in the long-term operation move to the
(D1 / d2) * ((d3-d1)-(d2-d3))
Never exceed . At this time, by making the width of the opening inner diameter of the
上記実施の形態の各部の具体的な数値は、
d1 = 2.70mm
d2 = 6.50mm
d3 = 4.98mm
d4 = 6.90mm
であった。
Specific numerical values of each part of the above embodiment are as follows:
d1 = 2.70 mm
d2 = 6.50 mm
d3 = 4.98 mm
d4 = 6.90 mm
Met.
なお、上記の各実施の形態では固定スラスト板9の上面の動圧発生溝15について説明したが、固定スラスト板9の下面の動圧発生溝16についても同様であり、動圧発生溝15,16をプレス加工で作成する場合には、動圧発生溝15,16のd3の位置を同一に設定することが固定スラスト板9の加工性が良好である。
In each of the above embodiments, the dynamic
なお、上記の実施の形態では動圧発生溝15,16をヘリングボーン溝で構成したが、これに限定されるものではなく、その他の形状の溝で構成することもできる。したがって、本発明では、スラスト側動圧発生部に形成されたスラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の位置を基準に技術範囲を限定している。
In the above embodiment, the dynamic
本発明は、OA機器やAV機器に使用される各種駆動モータなどに使用されている回転駆動部を、長期間にわたって安定に動作させることができ、信頼性の高い装置の実現に寄与できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can stably operate a rotary drive unit used in various drive motors used for OA equipment and AV equipment for a long period of time, and can contribute to the realization of a highly reliable device.
1 固定軸
2 回転スリーブ
3 下ケース
4 ハードディスク
5 ラジアル側動圧発生部
6 動圧発生溝
7 雄ねじ部
8 延長軸
9固定スラスト板
10 回転スリーブの側の凹部
11 回転スラスト板の中心孔
12 回転スラスト板
13 ネジ
14 スラスト側動圧発生部
15,16 固定スラスト板の動圧発生溝
17 ステータ巻線
18 マグネット
19 上ケース
20 ネジ
21 潤滑流体
24 ネジ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固定軸に回転自在に枢支され、前記固定軸よりも大径の凹部が端部に形成され外周部に負荷が取り付けられた回転スリーブと、
前記固定軸に取り付けられ、その一方の面が前記回転スリーブの前記凹部の底面に対向すると共に、外周面が前記凹部の内周面に対向する固定スラスト板と、
前記固定スラスト板の前記一方の面とは反対側の面に対向配置されると共に、前記回転スリーブの前記凹部の開口部に取り付けられた円盤状の回転スラスト板と
を設け、
前記固定軸の外周面と前記回転スリーブの中心孔の内周面とで形成されるラジアル側動圧発生部にラジアル動圧発生用グルーブを形成し、
前記回転スラスト板と前記固定スラスト板との対向面、および前記回転スリーブの前記凹部の前記開口部の底面と前記固定スラスト板との対向面で形成される2つのスラスト側動圧発生部にスラスト動圧発生用グルーブを形成し、
前記ラジアル側動圧発生部および前記スラスト側動圧発生部に潤滑流体を充填し、
2つの前記スラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の位置を、前記スラスト側動圧発生部のラジアル方向の1/2よりも前記固定スラスト板の外径側に設定し、
前記スラスト側動圧発生部における回転スラスト側の有効内径をd1
前記固定スラスト板の外径をd2
前記回転スラスト板と前記固定スラスト板との間のスラスト動圧発生用グルーブの最大圧力発生部位の径をd3
前記回転スリーブの前記開口部の内径をd4とした場合に、
d2(d4−d2) > d1((d3−d1)−(d2−d3))
に設定した流体軸受装置。 A fixed shaft whose base end is attached to the casing;
A rotating sleeve pivotally supported by the fixed shaft, a recess having a larger diameter than the fixed shaft is formed at an end, and a load is attached to an outer peripheral portion;
A fixed thrust plate attached to the fixed shaft, one surface of which faces the bottom surface of the concave portion of the rotating sleeve , and the outer peripheral surface of which faces the inner peripheral surface of the concave portion ;
A disk-shaped rotating thrust plate that is disposed opposite to the surface opposite to the one surface of the fixed thrust plate and is attached to the opening of the concave portion of the rotating sleeve ,
Forming a radial dynamic pressure generating groove in a radial dynamic pressure generating portion formed by the outer peripheral surface of the fixed shaft and the inner peripheral surface of the central hole of the rotary sleeve;
Thrust on the opposing surface, and the two thrust side dynamic pressure generating portion is formed in the surface facing the bottom of the opening and the fixed thrust plate of the recess of the rotary sleeve and the rotary thrust plate and the fixed thrust plate Forming a dynamic pressure generating groove,
Filling the radial side dynamic pressure generating portion and the thrust side dynamic pressure generating portion with a lubricating fluid,
Two positions of the maximum pressure producing site of the thrust dynamic pressure generation groove than half the radial direction of the thrust-side dynamic pressure generating portion is set on the outer diameter side of the stationary thrust plate,
The effective inner diameter of the rotating thrust side in the thrust-side dynamic pressure generating portion d1
The outer diameter of the fixed thrust plate d2
The diameter of the maximum pressure generating portion of the thrust dynamic pressure generation groove between the fixed thrust plate and the rotating thrust plate d3
When the inner diameter of the opening of the rotating sleeve is d4,
d2 (d4-d2)> d1 ((d3-d1)-(d2-d3))
Hydrodynamic bearing device set to
d2 2 − d3 2 = d3 2 − d1 2
の関係を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2の何れかに記載の流体軸受装置。 The effective inner diameter d1 on the rotating thrust side, the outer diameter d2 of the fixed thrust plate, and the diameter d3 of the maximum pressure generating portion of the thrust dynamic pressure generating groove are:
d2 2 -d3 2 = d3 2 -d1 2
The hydrodynamic bearing device according to claim 1, wherein the relationship is satisfied .
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