專利名稱：流體軸承裝置、主軸電機、以及盤記錄再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體軸承裝置、利用流體軸承裝置的主軸電機以及安裝流體軸承裝置的盤(disk)記錄再生裝置。
背景技術(shù)：
盤記錄再生裝置，是指例如硬盤驅(qū)動器(HDD)或DVD記錄器，在使磁盤或光盤等盤式記錄媒體(以下，稱作盤)旋轉(zhuǎn)的同時，對于該盤磁性地或光學(xué)地進行數(shù)據(jù)的讀寫。
最近，對盤記錄再生裝置要求更大容量化以及數(shù)據(jù)傳送的高速化。尤其在近年來，HDD被大多用于AV機器以及移動辦公(mobile)機器。對這些機器除了上述的要求，又要求較高的耐用性。所以，期望盤的旋轉(zhuǎn)可以更高速且以高精度穩(wěn)定地運行。而且，必須長時間、較高地維持相對其旋轉(zhuǎn)的可靠性。
流體軸承裝置適用于這樣的高速、高精度且高耐用性的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)。
圖12是表示以往的流體軸承裝置的一例的剖視圖。該流體軸承裝置被安裝在HDD中。
套筒31的外面被固定在底座35上。在套筒31的內(nèi)部插入可繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的軸32。軸32的上端部，通過例如壓入而被固定在軸套36的中心。在軸32的下端部固定凸緣33，該凸緣33靠近設(shè)置在套筒31的下側(cè)開口部的段部31C。通過止推板34密封套筒31的下側(cè)開口部。
在套筒31的內(nèi)面設(shè)置徑向動壓發(fā)生槽31A、31B。(參照圖12所示的虛線部)。在凸緣33的上面和下面設(shè)置軸向動壓發(fā)生槽33A、33B。徑向動壓發(fā)生槽31A、31B和軸向動壓發(fā)生槽33A、33B是例如人字形的槽。油42填滿套筒31、軸32、凸緣33以及止推板34的大部分間隙。油42尤其覆蓋徑向動壓發(fā)生槽31A、31B和軸向動壓發(fā)生槽33A、33B的整體。
在軸套36的外面，與軸32同軸固定磁盤39。一般安裝多張磁盤39。在磁盤39的內(nèi)周部之間設(shè)置墊圈40。而且夾板(clamper)41由例如螺釘43被固定在軸套36的上部，并從上方壓住磁盤39的內(nèi)周部。由此，磁盤39被固定在軸套36上。
在軸套36的內(nèi)周面設(shè)置磁鐵38。另外，在底座35上與磁鐵38對置設(shè)置定子37。定子37和磁鐵38構(gòu)成對于盤旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力的發(fā)生部。
上述的流體軸承裝置按照下述進行動作。
當(dāng)定子37被通電時，在定子37的芯部產(chǎn)生磁場。在定子37和磁鐵38之間產(chǎn)生的該磁場給軸套36帶來旋轉(zhuǎn)力。由此，軸32、軸套36以及磁盤39成為一體，軸32作為軸進行旋轉(zhuǎn)。
隨著該旋轉(zhuǎn)，油42沿徑向動壓發(fā)生槽31A、31B流動，并集中在各動壓發(fā)生槽的變曲點附近。其結(jié)果，在這些中心部附近的間隙中，油42的壓力升高。由該抽吸(pumping)作用產(chǎn)生的高壓力穩(wěn)定地維持套筒31和軸32的間隔。所以，磁盤39的旋轉(zhuǎn)軸在套筒31的半徑方向上實際上不發(fā)生的搖動。
同樣，油42沿軸向動壓發(fā)生槽33A、33B流動，并集中在各自的中心部。其結(jié)果，在凸緣33的上下的間隙中油42的壓力升高。由該抽吸作用產(chǎn)生的高壓力穩(wěn)定地維持凸緣33的上面和套筒31的間隔、以及凸緣33的下面和止推板34的間隔。所以，磁盤39的旋轉(zhuǎn)軸不會從套筒31的軸方向上發(fā)生實際上的傾斜。進而，軸32在軸方向上不發(fā)生實際上的變位。
這樣，上述的流體軸承裝置在高精度且穩(wěn)定的條件下，使磁盤39高速旋轉(zhuǎn)。
在上述的流體軸承裝置中，凸緣33的外周面33C和套筒31的段部31C的表面的間隔，在凸緣33的外周面33C的整體上是一樣的，且比凸緣33的上面和套筒31的間隔、以及凸緣33的下面和止推板34的間隔的任意一個都足夠?qū)?。由此，在凸?3的外周面33C上，由于油42使得摩擦力較小，所以降低了所謂的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗。其結(jié)果，由于提高了磁盤39的旋轉(zhuǎn)效率，使得降低消費電力。
在以往的流體軸承裝置中，可知與上述的結(jié)構(gòu)不同的其他機構(gòu)，即，凸緣的外周面和套筒的內(nèi)周面的間隔，在例如圖13所示的軸方向發(fā)生變化(例如參照專利文獻1)。在該流體軸承裝置中，尤其在凸緣33的外周面33C上設(shè)置突起33D。由此，凸緣33的外周面33C和套筒31的段部31C的表面的間隔比在突起33D的前端附近中其上下的間隙U、D窄。
一般，油42的密封力是被填充的空間的寬度越小其就越強。所以，在突起33D的前端附近，因其上下的間隙U、D而造成油42的密封力較強。因此，油42越過突起33難以移動。即，油42在凸緣33的上下間難以循環(huán)。
當(dāng)軸32從套筒31的軸方向傾斜時，或在軸方向產(chǎn)生變位時，凸緣33的上面和套筒31的間隔、以及凸緣33的下面和止推板34的間隔一起變化。由此，在凸緣33的上下間由油42產(chǎn)生壓力差。但是，由于油42越過突起33D難以移動，上述的壓力差在油42的循環(huán)中沒有被緩和。所以，該壓力差使軸32恢復(fù)至原來的位置。這樣，可以有效地防止軸32的過大傾斜以及在軸方向的過大變位。
專利文獻1專利第2966725號公報在以往的流體軸承裝置中，如上所述，有的在軸上設(shè)置凸緣。從中心軸到凸緣的外周面的距離比從中心軸到軸的側(cè)面以及凸緣的其他的表面的距離(即半徑)大。所以，在整個轉(zhuǎn)矩?fù)p耗中，相當(dāng)大的部分起因于凸緣的外周面和潤滑劑的摩擦。因此，通過較低地維持在凸緣的外周面由潤滑劑產(chǎn)生的摩擦，來較低地維持整個轉(zhuǎn)矩?fù)p耗是有效的。低的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗的維持可較高地維持盤的旋轉(zhuǎn)效率，帶來促進省電化因而優(yōu)選。
圖13所示的以往的流體軸承裝置如上所述，可提高軸的穩(wěn)定性。但是其反面，還不如轉(zhuǎn)矩?fù)p耗上升，因此，從省電化的觀點出發(fā)并不優(yōu)選。
而且，由于在凸緣的上下間難以循環(huán)潤滑劑，因此，不能促進沿軸向動壓發(fā)生槽的潤滑劑的循環(huán)。所以，難以縮短從凸緣旋轉(zhuǎn)開始至在凸緣的上下的間隙中充分提高潤滑劑的壓力所需的時間。即，難以縮短從主軸電機的啟動到達盤的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)所需的時間。尤其在HDD中，難以使從停止?fàn)顟B(tài)或待機狀態(tài)的啟動更進一步迅速化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種流體軸承裝置，該流體軸承裝置，通過在較低地維持轉(zhuǎn)矩?fù)p耗的狀態(tài)下在凸緣的附近促進潤滑劑的循環(huán)，既可節(jié)省電又可縮短至旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定所需的時間，同時，提高電機的啟動、停止的耐用性。
根據(jù)本發(fā)明的流體軸承裝置，具有軸；凸緣，其為實際的圓盤形狀且被固定在軸的一端；套筒，其在由內(nèi)面包圍的空間中，以與內(nèi)面之間空出規(guī)定間隙的方式插入軸和凸緣，在與凸緣的外周面對置的內(nèi)面的部分，其內(nèi)徑在軸方向的端部比中心部??；止推板，其塞住套筒的上述的開口端，并與凸緣接近；以及潤滑劑，其被填充在軸和套筒之間的間隙、凸緣和套筒之間的間隙、以及凸緣和止推板之間的間隙中。
根據(jù)本發(fā)明的該流體軸承裝置，優(yōu)選被安裝在主軸電機上。在此，該主軸電機除了具有根據(jù)本發(fā)明的上述的流體軸承裝置以外，還具備與軸和套筒中的某一方同軸一體化的軸套；固定軸和套筒中的某另一方的底座；設(shè)置在軸套上的磁鐵；以及在底座上與上述磁鐵對置設(shè)置的定子。
在軸套與軸被一體化時套筒被固定在底座上，在軸套與套筒被一體化時軸被固定在底座上。
該主軸電機尤其優(yōu)選被安裝在下述的盤記錄再生裝置上。該盤記錄再生裝置除了上述的主軸電機以外，還具備與軸套同軸設(shè)置的盤；以及當(dāng)通過在磁鐵和定子之間產(chǎn)生的磁場使軸套和盤接受旋轉(zhuǎn)力而旋轉(zhuǎn)時對于盤記錄信號、從盤再生信號的頭。
在本發(fā)明的上述流體軸承裝置中，當(dāng)軸和套筒的一方繞另一方旋轉(zhuǎn)時，被填充在軸和套筒之間的間隙、凸緣和套筒之間的間隙、以及凸緣和止推板之間的間隙中的潤滑劑的壓力可穩(wěn)定地維持旋轉(zhuǎn)軸。尤其通過被填充在凸緣的上下的間隙中的潤滑劑的壓力，軸從套筒的軸方向不發(fā)生實際的傾斜，而且在軸方向上不發(fā)生實際的變位。這樣，根據(jù)本發(fā)明的上述的流體軸承裝置，可使軸或套筒高精度且穩(wěn)定地高速旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)軸或套筒旋轉(zhuǎn)時，一般被填充在凸緣的外周面附近的間隙中的潤滑劑，除了沿軸或套筒的旋轉(zhuǎn)方向的主流，還產(chǎn)生與該主流垂直的二維流動。在包括軸或套筒的旋轉(zhuǎn)軸、并與軸或套筒一起旋轉(zhuǎn)的平面內(nèi)，該二維流動為2個渦流。各自的渦流的流動，在凸緣的外周面附近，從其上或下的邊界朝向其中心。兩方的渦流的流動，在凸緣的外周面的中心附近相互沖突并從外周面分離。從凸緣的外周面形成的流動，在與其外周面對置的套筒的內(nèi)面附近被上下分開，并返回到凸緣的外周面的上下的邊界附近。
在根據(jù)本發(fā)明的上述的流體軸承裝置中，尤其是與凸緣的外周面對置的套筒的內(nèi)面部分的內(nèi)徑，在軸方向的端部比中心部小。由此，凸緣的外周面和與其對置的套筒的內(nèi)面部分的間隔，在凸緣的外周面的邊界附近比中心附近窄。優(yōu)選與凸緣的外周面對置的套筒的內(nèi)面部分，沿軸方向形成正圓弧或橢圓弧的形狀。此外，其內(nèi)面部分也可以包括相對軸方向傾斜的斜面。該斜面可以是平面也可以是曲面。
這樣，較大地維持與凸緣的外周面對置的套筒的內(nèi)面部分在其中心附近與凸緣的外周面的距離，且從其中心越朝向上下方越與凸緣的外周面接近。
在根據(jù)本發(fā)明的上述的流體軸承裝置中，由于在凸整個緣的外周面較大地維持凸緣的外周面和套筒的內(nèi)面的距離，所以，可以維持較低的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗。
另一方面，上述的二維流動，即渦流的流動在套筒的內(nèi)面附近沿其內(nèi)面使方向圓滑地變化。所以，上述的渦流，從套筒的內(nèi)面附近至凸緣的外周面的上下的邊界附近的范圍，可維持較高的流速。其結(jié)果，從凸緣的外周面附近的間隙朝向上下的間隙，可高效率地壓送潤滑劑。
尤其當(dāng)在凸緣的圓形表面、與其圓形表面對置的套筒的內(nèi)面以及止推板的表面的至少其中某一個面上設(shè)置軸向動壓發(fā)生槽時，沿軸向動壓發(fā)生槽的潤滑劑的循環(huán)較快。因此，從凸緣或套筒開始旋轉(zhuǎn)至在凸緣的上下的間隙中充分提高潤滑劑的壓力所需的時間較短。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的上述流體軸承裝置，如上所述，轉(zhuǎn)矩?fù)p耗較低，且從凸緣或套筒開始旋轉(zhuǎn)至在凸緣的上下的間隙中充分提高潤滑劑的壓力所需的時間較短。
所以，在將該流體軸承裝置利用在主動電機上時，該主軸電機從旋轉(zhuǎn)的開始至穩(wěn)定化所需的時間較短。而且，在該主軸電機被安裝在盤記錄再生裝置上時，可進一步提高在該盤記錄再生裝置中盤的旋轉(zhuǎn)效率，使從停止?fàn)顟B(tài)或待機狀態(tài)的啟動進一步迅速化。另外，由于進一步提高了耐用性，因此可實現(xiàn)更長壽命化。


圖1是本發(fā)明的實施例的HDD的剖視圖。
圖2是圖1所示的圓P內(nèi)的擴大圖，是表示本發(fā)明的實施例的流體軸承裝置的剖視圖。
圖3是具有本發(fā)明的實施例的流體軸承裝置的凸緣3的底面圖。
圖4是圖2所示的圓Q內(nèi)的擴大圖，是表示與凸緣的外周面3C對置的套筒的段部1C的表面形狀的剖視圖。
圖5是表示在具有本發(fā)明的實施例的流體軸承裝置的軸2和凸緣3的表面的附近的潤滑劑的壓力分布圖。
圖6是表示在凸緣的外周面3C和套筒的段部1C的間隙(長寬(aspect)比A/D＝0.2)中、在凸緣的最外周部的封油面(land)3D附近的潤滑劑的流速/壓力分布的圖；(a)、(c)表示段部1C的表面為平面的情況，(b)、(d)表示按照本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)橢圓面的情況。
圖7是表示在凸緣的外周面3C和套筒的段部1C的間隙(長寬比A/D＝0.2)中、在凸緣的最外周部的軸向動壓發(fā)生槽3A、3B附近的潤滑劑的流速/壓力分布圖；(a)、(c)表示段部1C的表面為平面的情況，(b)、(d)表示按照本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)橢圓面的情況。
圖8是表示在凸緣的外周面3C和套筒的段部1C的間隙(長寬比A/D＝0.5)中、在凸緣的最外周部的封油面3D附近的潤滑劑的流速/壓力分布圖；(a)、(c)表示段部1C的表面為平面的情況，(b)、(d)表示按照本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)橢圓面的情況。
圖9是表示在凸緣的外周面3C和套筒的段部1C的間隙(長寬比A/D＝0.5)中、在凸緣的最外周部的軸向動壓發(fā)生槽3A、3B附近的潤滑劑的流速/壓力分布圖；(a)、(c)表示段部1C的表面為平面的情況，(b)、(d)表示按照本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)橢圓面的情況。
圖10是表示在凸緣的外周面3C和套筒的段部1C的間隙(長寬比A/D＝1)中、在凸緣的最外周部的封油面3D附近的潤滑劑的流速/壓力分布圖；(a)、(c)表示段部1C的表面為平面的情況，(b)、(d)表示按照本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)橢圓面的情況。
圖11是表示在凸緣的外周面3C和套筒的段部1C的間隙(長寬比A/D＝1)中、在凸緣的最外周部的軸向動壓發(fā)生槽3A、3B附近的潤滑劑的流速/壓力分布圖；(a)、(c)表示段部1C的表面為平面的情況，(b)、(d)表示按照本發(fā)明為旋轉(zhuǎn)橢圓面的情況。
圖12表示安裝在HDD上的以往的流體軸承裝置，是其HDD的部分剖視圖。
圖13是表示在凸緣33的外周面33C的中心部具有突起33D的以往的流體軸承裝置的剖視圖。
圖中1-套筒，1A、1B-徑向動壓發(fā)生槽，1C-段部，2-軸，3-凸緣，3A、3B-軸向動壓發(fā)生槽，3C-凸緣3的外周面，4-止推板，5-潤滑劑。
具體實施例方式
下面，對本發(fā)明的最佳實施例參照附圖加以說明。
圖1是作為本發(fā)明的實施例的盤記錄再生裝置的HDD的剖視圖。
該HDD具備底座6、上蓋7、主軸電機、磁盤11、墊圈12、夾板13、支柱14以及轉(zhuǎn)動臂15。
該主軸電機具有流體軸承裝置、軸套8、定子9以及磁鐵10。
該流體軸承裝置包括套筒1、軸2、凸緣3以及止推板4(參照圖1虛線所示的圓P內(nèi))。
相互嵌合底座6和上蓋7，從而構(gòu)成箱形的框體。此時，底座6和上蓋7密封框體內(nèi)，防止來自外部的雜物等異物的混入。
在底座6的孔中插入并固定套筒1。
從套筒1的上側(cè)開口端，將軸2插入其內(nèi)部。此時，軸2可繞其中心軸旋轉(zhuǎn)。軸2的上端被壓入固定在軸套8上。這樣，軸套8以軸2為軸繞套筒1旋轉(zhuǎn)。相反，也可以將軸2固定在底座6上，將套筒1固定在軸套8上。此時，軸套8與套筒1一起以軸2為軸轉(zhuǎn)動。
凸緣3優(yōu)選金屬制的圓環(huán)。在其內(nèi)側(cè)插入軸2的下端部。在該狀態(tài)下，凸緣3被固定在軸2的下端部。
在套筒1的內(nèi)面的下側(cè)開口部設(shè)置端部1C。當(dāng)在套筒1的內(nèi)部插入軸2時，凸緣3與套筒1的段部1C接近。
止推板4密閉套筒1的下側(cè)開口端。在此，止推板4通過例如激光焊接、精密鉚接、粘接等被固定在套筒1的下側(cè)開口端。此外，也可以將止推板4固定在底座6上。
在軸套8的外面，與軸2同軸固定磁盤11。優(yōu)選安裝多張磁盤11。此外，磁盤11也可以為1張。
在上下方向鄰接的兩張磁盤11的內(nèi)周部之間設(shè)置墊圈12。而且，夾板13，通過例如螺釘16被固定在軸套8的上部，并從上方壓住磁盤11的內(nèi)周部。由此，磁盤11被固定在軸套8上。
定子9在套筒1的周圍并被固定在底座6上。另一方面，在軸套8的內(nèi)面，與定子9對置設(shè)置磁鐵10。定子9和磁鐵10構(gòu)成盤旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力發(fā)生部。
支柱14的下端部被固定在底座6上。轉(zhuǎn)動臂15在前端部具有頭(head)17，并在后端部與支柱14可轉(zhuǎn)動地連接。在磁盤11的一面一個一個地設(shè)置轉(zhuǎn)動臂15。
圖2是圖1虛線所示的圓P內(nèi)的擴大圖，即，是上述地流體軸承裝置地剖視圖。
在套筒1、軸2、凸緣3、以及止推板4的間隙中填充潤滑劑5。潤滑劑5優(yōu)選油。
優(yōu)選在套筒1的內(nèi)面的上部和下部設(shè)置徑向動壓發(fā)生槽1A、1B(參照圖2所示的虛線)。此外，也可以取代在套筒1的內(nèi)面設(shè)置，或者除了在套筒1的內(nèi)面設(shè)置還可以在軸2的側(cè)面設(shè)置徑向動壓發(fā)生槽。
優(yōu)選徑向動壓發(fā)生槽1A、1B為人字形的槽(參照圖2所示的虛線)。此外也可以是螺旋狀。
優(yōu)選在凸緣3的上面和下面分別設(shè)置軸向動壓發(fā)生槽3A、3B。此外，也可以將軸向動壓發(fā)生槽僅設(shè)置在凸緣3的上下某一個面上。而且，也可以取代凸緣3的上下的表面，或者除了凸緣3的上下的表面以外，也可以設(shè)置在與這些面對置的套筒1的段部1C的表面，或者止推板4的上面的某一個面上，或者設(shè)置在其兩方的面上。
優(yōu)選軸向動壓發(fā)生槽3A、3B為人字形的槽(參照圖3)。此外，也可以是螺旋狀。
在套筒1的段部1C中，軸方向的端部的內(nèi)經(jīng)比中心部的內(nèi)經(jīng)小。由此，凸緣3的外周面3C和段部1C的表面的間隔，在凸緣3的外周面3C的邊界附近比中心附近窄。
圖4是圖2中虛線所示的圓Q內(nèi)的擴大圖。在套筒1的段部1C中，與凸緣3的外周面3C對置的表面和包括套筒1的中心軸的平面的交線，優(yōu)選正圓弧或橢圓弧(參照圖4(a))。此外，段部1C的上述表面，也可以包括相對套筒1的軸方向傾斜的斜面。該斜面可以是平面也可以是曲面(參照圖4(b)、(c))。
將凸緣3的外周面3C的中心附近和段部1C的表面的間隔設(shè)為A，將凸緣3的外周面3C的上下的邊界附近和段部1C的表面的間隔設(shè)為B，將凸緣3的厚度設(shè)為D(參照圖4)。此時，優(yōu)選長寬比A/D在1以下、比B/A在1/2以下。此時，可以將因凸緣3的外周面3C和潤滑劑之間的摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗維持在較低的情況下，在凸緣3的外周面3C附近的間隙中高效率地發(fā)生潤滑劑的二維流動。
所以，從凸緣3的外周面3C附近間隙向上下的間隙高效率地壓送潤滑劑。由此，使得潤滑劑的循環(huán)較快。關(guān)于潤滑劑的二維流動的詳細(xì)狀況將在后面敘述。
本發(fā)明的實施例的上述的HDD，相對磁盤11在進行數(shù)據(jù)的記錄/再生時，上述的流體軸承裝置按照下述動作。
當(dāng)定子9被通電時，在定子9的芯部產(chǎn)生磁場。在定子9和磁鐵10之間產(chǎn)生的該磁場給予軸套8旋轉(zhuǎn)力。由此，軸2、軸套8、以及磁盤11成為一體，以軸2為軸旋轉(zhuǎn)(參照圖1)。
隨著軸2的旋轉(zhuǎn)，在套筒1和軸2的間隙、凸緣3和套筒1的段部1C的間隙以及凸緣3和止推板4之間的間隙中，潤滑劑5沿軸2和凸緣3的旋轉(zhuǎn)方向流動。
圖5表示此時的潤滑劑5的壓力分布。在圖5中，用灰色標(biāo)度表示壓力的大小。
在圖5所示的軸2的側(cè)面，第一區(qū)域2A相當(dāng)于上側(cè)的徑向動壓發(fā)生槽1A附近，第二區(qū)域2B相當(dāng)于上下的徑向動壓發(fā)生槽1A、1B之間的區(qū)域(參照圖2)。在第一區(qū)域2A中，潤滑劑5沿徑向動壓發(fā)生槽1A流動，并集中在該變曲點附近2C。其結(jié)果，越靠近變曲點2C潤滑劑5的壓力越高。在下側(cè)的徑向動壓發(fā)生槽1B附近也一樣。在整個第二區(qū)域2B中，壓力大致一樣且比第一區(qū)域2A低。
通過徑向動壓發(fā)生槽1A、1B的抽吸作用產(chǎn)生的高壓力，尤其在套筒1的半徑方向上穩(wěn)定地維持套筒1和軸2的間隔。所以，磁盤11的旋轉(zhuǎn)軸在半徑方向上不發(fā)生實際上的搖動。
在凸緣3的下面，潤滑劑5沿軸向動壓發(fā)生槽3B流動，并集中在該變曲點附近。其結(jié)果，越靠近該變曲點潤滑劑5的壓力越高。例如在圖5所示的凸緣3的下面，潤滑劑5的壓力比在軸向動壓發(fā)生槽3B附近槽間的平坦部(以下所謂的封油面)3D附近高(參照圖3)。位于凸緣3的上面的軸向動壓發(fā)生槽3A附近也一樣。
通過軸向動壓發(fā)生槽3A、3B的抽吸作用產(chǎn)生的高壓力，尤其在套筒1的軸方向上穩(wěn)定地維持凸緣3的上面和套筒1的間隔、以及凸緣3的下面和止推板4的間隔(參照圖2)。所以，磁盤11的旋轉(zhuǎn)軸不發(fā)生從套筒1的軸方向?qū)嶋H上的傾斜。而且，軸2在軸方向上不發(fā)生實際上的變位。
這樣，上述的流體軸承裝置使磁盤11高精度且穩(wěn)定地進行高速旋轉(zhuǎn)。
在磁盤11高速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)動臂15以支柱14為軸轉(zhuǎn)動，并使頭17向磁盤11上的目的地移動(參照圖1)。在此，頭17通過磁盤11的高速旋轉(zhuǎn)從磁盤11的表面上浮微小的高度。頭17在磁盤11的目的地上，在磁盤11上進行數(shù)據(jù)的寫入，或從磁盤11上讀出數(shù)據(jù)。此時，由于上述的流體軸承裝置高精度地穩(wěn)定地維持磁盤11的高速旋轉(zhuǎn)，通過頭17的數(shù)據(jù)的讀寫，其可靠性較高。
在軸2的旋轉(zhuǎn)時，在被填充于凸緣3的外周面3C附近的間隙中的潤滑劑5中，除沿軸2的旋轉(zhuǎn)方向的主流以外，還產(chǎn)生與該主流垂直的二維流動。
關(guān)于固定在軸2上的平面(包括軸2的旋轉(zhuǎn)軸，并與軸2一起旋轉(zhuǎn))，圖6～11的(a)、(b)表示上述二維流動的流速分布。在這些圖中，箭頭表示在該起點的流動的流速(箭頭的長度/朝向分別表示流動的速度/朝向)。而且，關(guān)于上述平面，圖6～11的(c)、(d)表示潤滑劑5的壓力分布。在這些圖中，用灰色標(biāo)度表示壓力的高低(黑色越濃壓力越高)。
圖6～11是從使用有限元法的數(shù)值模擬計算而得到的。
關(guān)于套筒1的段部1C的表面，圖6～11的(a)、(c)表示作為與以往相同的平面的情況的流速/壓力分布，圖6～11的(b)、(d)表示根據(jù)本發(fā)明作為曲面(尤其與套筒1同軸的旋轉(zhuǎn)橢圓面)的情況的流速/壓力分布。即，在圖6～11的(a)、(c)中，在凸緣3的外周面3C和套筒1的段部1C的表面的半徑方向上的間隔一致。另一方面，在圖6～11的(b)、(d)中，凸緣3的外周面3C的邊界附近的間隔B，比該外周面3C的中心附近的間隔A窄B＜A。在圖6～11中作為一例，按照一定值1/5設(shè)定比B/A。
在圖6、7中長寬比A/D為0.2，在圖8、9中長寬比A/D為0.5，在圖10、11中長寬比A/D為1(D凸緣3的厚度)。
圖6、8、10包括在凸緣3的最外周部的封油面3D，圖7、9、10包括在凸緣3的最外周部的軸向動壓發(fā)生槽3A、3B(參照圖3)。
在圖6～11所示的平面內(nèi)，上述的二維流動是2個渦流。各自的渦流的流動在凸緣3的外周面3C附近，從其上或下的邊界朝向其中心。兩方的渦流的流動在外周面3C的中心附近相互沖突，并從外周面3C分離。由外周面3C所形成的流動，在套筒1的段部1C的表面附近被分成上下，沿段部1C的表面返回到外周面3C的上下的邊界附近。
在套筒1的段部1C的表面為平面時，尤其在上下的邊界附近，上述的渦流的流速比較低(參照圖6～11的(a)所示的圓E內(nèi))。相對與此，在套筒1的段部1C的表面為根據(jù)本發(fā)明的曲面時，在段部1C的表面附近，整體上上述的渦流的流速較高(參照圖6～11的(b))。該現(xiàn)象也可以從下述得到理解在段部1C的表面是曲面時比為平面時，在其上下的邊界附近更寬闊地包括比較低的壓力的區(qū)域(參照圖6～11的(c)、(d))。
在圖6、8、10中，潤滑劑5從凸緣3的上下面的封油面3D附近向外周面3C附近排出(參照圖6、8、10的(b)所示的圓F內(nèi))。相反，在圖7、9、11中，潤滑劑5從凸緣3的外周面3C附近被引入到上下面的軸向動壓發(fā)生槽3A、3B內(nèi)。尤其帶套筒1的段部1C的表面為本發(fā)明的形狀時，被引入到軸向動壓發(fā)生槽3A、3B內(nèi)的潤滑劑5的流速較高(參照圖7、9、11的(b)所示的圓G內(nèi))。即，從凸緣3的外周面3C附近的間隙向其上下的間隙高效率地壓送潤滑劑5。
其結(jié)果，沿軸向動壓發(fā)生槽3A、3B的潤滑劑5的循環(huán)較快。所以，從凸緣3(即軸2)的旋轉(zhuǎn)開始至在凸緣3的上下的間隙中充分提高潤滑劑5的壓力所用的時間較短。例如，在通過圖6～11所示的模擬計算的比較中，從軸2的旋轉(zhuǎn)開始到達穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)所用的時間被縮短了30％左右。
這樣，上述的主軸電機從旋轉(zhuǎn)開始至穩(wěn)定化所需要的時間較短。由此，在上述的HDD中提高了盤的旋轉(zhuǎn)效率，從停止?fàn)顟B(tài)或待機狀態(tài)的啟動較快。所以，提高了耐用性。
(生產(chǎn)上的可利用性)根據(jù)本發(fā)明的流體軸承裝置，通過在套筒的內(nèi)面的一部分上具有如上所述的曲面等，可促進潤滑劑的循環(huán)，縮短從盤旋轉(zhuǎn)的開始至穩(wěn)定化所用的時間。這樣，很明確，本發(fā)明可用于工業(yè)生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種流體軸承裝置，其特征在于，具備軸；凸緣，其為實際的圓盤形狀且被固定在所述軸的一端；套筒，其在由內(nèi)面包圍的空間中，以與所述內(nèi)面之間空出規(guī)定間隙的方式插入所述軸和所述凸緣，在與所述凸緣的外周面對置的所述內(nèi)面的部分，其內(nèi)徑在軸方向的端部比中心部??；止推板，其塞住所述套筒的所述開口端，并與所述凸緣接近；以及潤滑劑，其被填充在所述軸和所述套筒之間的間隙、所述凸緣和所述套筒之間的間隙、以及所述凸緣和所述止推板之間的間隙中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體軸承裝置，其特征在于，與所述凸緣的外周面對置的所述套筒的內(nèi)面的部分，沿軸方向形成正圓弧或橢圓弧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體軸承裝置，其特征在于，與所述凸緣的外周面對置的所述套筒的內(nèi)面的部分，包括相對軸方向傾斜的斜面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體軸承裝置，其特征在于，在所述凸緣的圓形表面、與所述圓形表面對置的所述套筒的內(nèi)面、以及所述止推板的表面的至少其中的一個面上設(shè)置軸向動壓發(fā)生槽。
5.一種主軸電機，其特征在于，具備流體軸承裝置，該流體軸承裝置，具有軸；凸緣，其為實際的圓盤形狀且被固定在所述軸的一端；套筒，其在內(nèi)面包圍的空間中，以與所述內(nèi)面之間空出規(guī)定的間隙的方式插入所述軸和所述凸緣，在與所述凸緣的外周面對置的所述內(nèi)面的部分，其內(nèi)徑在軸方向的端部比中心部??；止推板，其塞住所述套筒的所述開口端，并與所述凸緣接近；以及潤滑劑，其被填充在所述軸和所述套筒之間的間隙、所述凸緣和所述套筒之間的間隙、以及所述凸緣和所述止推板之間的間隙中；所述主軸電機還具有軸套，其被設(shè)置成與所述軸和所述套筒中的某一方同軸一體化；底座，其固定所述軸和所述套筒中的某另一方；磁鐵，其設(shè)置在所述軸套上；以及定子，其在所述底座上與所述磁鐵對置設(shè)置。
6.一種盤記錄再生裝置，其特征在于，具備流體軸承裝置，該流體軸承裝置，具有軸；凸緣，其為實際的圓盤形狀且被固定在所述軸的一端；套筒，其在內(nèi)面包圍的空間中，以與所述內(nèi)面之間空出規(guī)定的間隙的方式插入所述軸和所述凸緣，在與所述凸緣的外周面對置的所述內(nèi)面的部分，其內(nèi)徑在軸方向的端部比中心部小；止推板，其塞住所述套筒的所述開口端，并與所述凸緣接近；以及潤滑劑，其被填充在所述軸和所述套筒之間的間隙、所述凸緣和所述套筒之間的間隙、以及所述凸緣和所述止推板之間的間隙中；所述盤記錄再生裝置還具有軸套，其被設(shè)置成與所述軸和所述套筒中的某一方同軸一體化；底座，其固定所述軸和所述套筒中的某另一方；磁鐵，其設(shè)置在所述軸套上；以及定子，其在所述底座上與所述磁鐵對置設(shè)置；盤式記錄媒體，其與所述軸套同軸設(shè)置；以及頭，其通過在所述磁鐵和所述定子之間產(chǎn)生的磁場，在所述軸套和所述盤式記錄媒體接受旋轉(zhuǎn)力而旋轉(zhuǎn)時，對所述盤式記錄媒體記錄信號，從所述盤式記錄媒體再生信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流體軸承裝置，在軸(2)的一端固定凸緣(3)。在套筒(1)的一方的開口部的內(nèi)面設(shè)置段部(1C)。當(dāng)在套筒(1)中插入軸(2)時，凸緣(3)與其段部(1C)接近。該段部(1C)的內(nèi)徑，在軸方向的端部比中心部小。由此，凸緣(3)的外周面(3C)和與其對置的段部(1C)的表面的間隔，在凸緣(3)的外周面(3C)的邊界附近比中心附近窄。這種流體軸承裝置，通過較低地維持轉(zhuǎn)矩?fù)p耗并在凸緣的附近促進潤滑劑的循環(huán)，可同時實現(xiàn)節(jié)省電力、縮短至旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定所需的時間以及提高對電機的啟動、停止的耐用性。
文檔編號H02K5/167GK1755152SQ20051010713
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者得能保典, 高須賀俊德, 池川泰造 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社