JP2007225115A - 流体動圧ベアリングモータ - Google Patents

Abstract

【課題】流体動圧ベアリングモータを提供する。
【解決手段】本発明は、縁にコイルが結合された丸形のハウジングと、ハウジングの中心部に結合される突出部と、突出部に厚みを形成して一体に結合される丸形の接触部を含むスリーブと、接触部に内周面が結合されて、縁にはコイルと対向されるようにマグネットが付着されて回転する丸形のハブと、ハウジングと接触部の間に位置して、ハブと結合しハブとスリーブの離脱を防止するストッパと、ストッパとスリーブの間に形成された空隙に流体が充填されて上記接触部と内周面の間に流体を供給及び維持させる貯蔵部を含み、上記スリーブの中心から縁方向に貫通ホールが形成され、貫通ホールは貯蔵部と空間的に離隔されて形成された流体動圧ベアリングモータは、低速回転でも十分にハブを支持することができる動圧を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体動圧ベアリングモータに関する。

一般的にハードディスクドライバのような精密機器に用いられるモータは、高速の駆動力が要求されるだけではなく、精密制御ができなければならない特性が要求される。このような特性が要求されるモータに必須的に伴われることが回転負荷と回転軸の支持力であり、これを解決するために、近年には回転軸を支持する手段として以前のメタルベアリングやボールベアリングの代わりに駆動負荷の少ない流体動圧ベアリングを用いる趨勢である。

このような流体動圧ベアリングモータは、回転体が高速で円滑に回転できるように支持する手段として流体が用いられ、回転軸とこの回転軸の外周面を囲むスリーブの間の直接的な接触による摩擦力を最小化するために回転軸が常にスリーブの中心に位置する必要がある。

流体動圧ベアリングモータは、基本的に回転体と固定体の間に薄い油膜を形成して、回転の際に発生する圧力により回転体を支持することができるので回転体と固定体が互いに非接触状態になり、摩擦負荷が低減される。この際、油膜を形成させる圧力をより効果的に発生させるために、回転体または固定体の少なくとも一側面にヘリングボーン形状など、動圧の発生のためのグルーブを形成させることもある。

このような流体動圧ベアリングモータは、高速で回転するほど動圧が大きくなる。よって、低速回転の場合には、回転体と固定体が摩擦する可能性が高くなる。よって、低速回転でも動圧を発生させる構造が必要である。また、動圧をベアリングの全体に均一にさせるためには、流体の循環及び維持が重要であり、機器の小型化に合わせてその大きさも減らす必要がある。

本発明の目的は、低速回転でも回転体を支持することができる動圧を発生させて、流体の循環維持及び小型化が可能である流体動圧ベアリングモータを提供する。

本発明の一実施形態によれば、縁にコイルの結合された丸形のハウジングと、ハウジングの中心部に結合される突出部及び上記突出部と一体に形成された丸形の接触部を含むスリーブと、内周面が接触部に結合されて縁にコイルと対向するマグネットが付着される丸形のハブと、ハウジングと接触部の間に位置してハブからスリーブが離脱されないようにハブに結合されるストッパと、ストッパとスリーブの間に形成された空隙に流体が充填されて接触部とハブの内周面の間に流体を供給及び維持させる貯蔵部とを含み、スリーブの中心からスリーブの縁方向に貫通ホールが形成され、貫通ホールは空間的に貯蔵部と離隔されて形成された流体動圧ベアリングモータが提供される。

貯蔵部の長さ方向がハブの回転軸に対して垂直に形成されることが好ましいが、これは、ハブが回転する場合に遠心力により貯蔵部の内部の流体が動圧部に圧力を付与するためである。

ストッパは、円形平板の中心部が穿孔された形状であることが好ましい。ストッパの厚みを減らすと、流体動圧ベアリングモータの大きさを縮小することができる。スリーブの接触部または上記ハブの内周面には流体の動圧発生及び循環を誘導するグルーブが形成されることができ、ハブの内周面またはハブの内周面と対応されるストッパには、ハブの内周面へ流体を移動おとび動圧を発生させるグルーブが形成されることができる。

本発明の好ましい実施例による流体動圧ベアリングモータは、貫通ホールを貯蔵部と分離された空間に形成することにより、流体動圧ベアリングモータの動圧を全体的に上昇させて、貯蔵部を形成する位置の変形により流体の維持力がよくなるだけでなく、ストッパの変形が可能であって全体的な流体動圧ベアリングモータの大きさを減らすことができる。

以下、本発明による流体動圧ベアリングモータの好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明するが、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号にかかわらず同一であるか対応する構成要素は同一な参照番号を付与し、これに対する重複される説明は略する。

図１は、本発明の好ましい第１実施例による流体動圧ベアリングモータの断面図である。図１を参照すると、ハウジング１１、スリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）１２、突出部１２１、接触部１２２、コイル１３、ハブ１４、ハブ内周面１４１、マグネット（ｍａｇｎｅｔ）１５、ストッパ（ｓｔｏｐｐｅｒ）１６、貫通ホール１７、貯蔵部１８、流体界面１８１、流体流入口１８２、流体１９、回転軸１００が示されている。

ハウジング１１は、円形状であってスリーブ１２を固定する役目をする。ハウジング１１の縁にはコイル１３が結合されていて、コイル１３に電流が印加されると磁場を形成する。このようなハウジング１１は、組立を容易にするために多くの構成部品に分離されて結合されることもできる。本実施例は、二つの部分に分離されて結合されている。

ハウジング１１の中心部にはスリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）１２が結合される。スリーブ１２は、突出部１２１と接触部１２２で構成されることが好ましい。突出部１２１は、ハウジング１１と直接結合する部分であってハウジング１１に形成されたホールやグルーブに嵌め込み結合することが一般的である。突出部１２１は、接触部１２２と一体に形成されている。接触部１２２は、流体を介在してハブの内周面１４１と結合する部分である。接触部１２２は突出部１２１より大きい直径を有し所定の厚みで円形状をなしていて、ハウジング１１とは離隔された距離を維持している。

ハブ１４は回転体であって、スリーブ１２の接触部１２２とハブの内周面１４１の間には流体１９が注入されている。ハブ１４は回転軸１００を中心として対称的に形成されることが好ましい。ハブ１４の中心が偏向される場合、振動を起こすからである。このようなハブ１４の縁にはマグネット１５が結合されていて、マグネット１５はコイル１３と対向されるように位置することが好ましい。これは、コイル１３の磁場とマグネット１５の磁場が相互反発を起こしてハブ１４を円滑に回転させるためである。図１では、回転軸１００を中心としてマグネット１５がコイル１３より内側に位置するように配置されているが、コイル１３がマグネット１５より内側に位置することもできる。

ハウジング１１とハブ接触部１２２の間にはストッパ（ｓｔｏｐｐｅｒ）１６が位置するが、ストッパ１６は、ハブ１４の内周面１４１と結合される。ストッパ１６は、ハブ１４とスリーブ１２が離脱されることを防止する固定手段の役目をする。一方、ストッパ１６とスリーブ１２の間には、空隙が形成されていて、このような空隙には流体１９が充填されている。このような空隙を貯蔵部１８と言うが、貯蔵部１８には流体が充填される空間が確保されなくてはならないし、またハブ１４の回転の際遠心力により流体１９が外部に離脱されないように余裕空間が必要になる。すなわち、図１の拡大図面に示すように、平常時流体界面１８１は重力方向に対して垂直になっているが、回転の際、流体界面１８１aは遠心力によりストッパ１６の方向に傾く。よって、ストッパ１６の形態は、図１のようにハウジング１１方向に突出された形態になる。また、貯蔵部１８は、ハウジング１１と近い側が回転軸１００の方向に傾くように形成することが好ましいが、これもハブ１４の回転の際に発生する遠心力により流体１９が流出されないようにするためである。

スリーブ１２の接触部１２２の内部には、貫通ホール１７が形成されている。貫通ホール１７は、回転軸１００と近い側をホールの入口１７２とし、接触部１２２の縁にホールの出口１７１が形成されている。特に、ホールの出口１７１は、貯蔵部１８の流体流入口１８２と空間的に繋がらないように形成することが好ましい。これは、貫通ホール１７の内部と流体流入口１８２が油膜で遮断されて同一な動圧が形成されることを防止するためである。ホールの入口１７２は、多様な位置に形成されることができる。貫通ホール１７は、図１では斜線方向に形成されたが、ホールの入口１７２とホールの出口１７２の位置に応じて多様な角度の貫通ホール１７が形成されることができる。

図２は、本発明の好ましい第１実施例による流体動圧ベアリングモータの流体の流れを示す断面図であり、図３は第１実施例による動圧部位置に応ずる動圧の程度を示すグラフである。図２及び図３を参照すると、ａ〜ｇは動圧部の位置、スリーブ１２、接触部１２２、ハブ１４、ハブ内周面１４１、ストッパ１６、貯蔵部１８、流体１９、が示されている。

コイル１３に電流が印加されるとハブ１４は回転する。この際、スリーブ１２の接触部１２２とハブ１４の内周面１４１の間には流体が注入されていて、また接触部１２２またはハブ１４の内周面１４１にはグルーブ（図示せず）が形成されている。よって、ハブ１４の回転により流体動圧が発生される。グルーブは、図２の矢印方向に流体が循環するように形成することが好ましく、形態はヘリングボーン（Ｈｅｒｒｉｎｇ Ｂｏｎｅ）またはスパイラル（Ｓｐｉｒａｌ）など、多様に変形することができる。

ハブ１４の回転による動圧部の位置と動圧の程度を説明すれば、先ず、図２のａ地点は貯蔵部１８であってハブ１４が回転しても外部にオープンされているので動圧が発生されない。しかし、遠心力により一部の流体がｂ地点方向に圧力を作用する。

ｂ地点は、ａ地点とは空間的に遮断される地点である。これは、ハブ１４の接触部１４１とストッパ１６の間が油膜により密閉されるからである。よって、ｂ地点はより高い動圧を維持する。これは、ａ地点で遠心力による圧力が作用するだけでなく、ａ地点からｂ地点に繋がる経路上のストッパ１６やハブ１４の接触部１４１にグルーブが形成されているからである。グルーブの形態に応じてａ地点からｂ地点に繋がる経路での動圧の形態は多様に変わることができる。図３は、その一例に過ぎない。一方、ｂ地点は貫通ホールの内部の流体が回転による遠心力の作用で動圧がさらに上昇することになる。

このような方式によりｃ地点からｆ地点までの動圧もａ地点より高く形成され維持される。ａ地点からｆ地点までの動圧部は外部から密閉された領域であるからである。一方、ｇ地点も外部と密閉された領域であるので動圧が形成される。一方、流体が円滑に循環するために図２の矢印方向にグルーブを形成することが好ましい。

このようなシステムでは、ハブ１４が回転するほど遠心力が強く作用して、グルーブに形成される動圧が増加するだけでなく、図３に示すように動圧の形成されるべき部分（ａ地点からｆ地点まで）は、常にａ地点より高い動圧を形成するので、スリーブ１２はハブ１４を安定的に支持することができる。

図４は、本発明の好ましい第２実施例による流体動圧ベアリングモータの断面図である。図４を参照すると、ハウジング４１、スリーブ（ｓｌｅｅｖｅ）４２、突出部４２１、接触部４２２、コイル４３、ハブ４４、マグネット（ｍａｇｎｅｔ）４５、ストッパ（ｓｔｏｐｐｅｒ）４６、貫通ホール４７、ホール出口４７１、貯蔵部４８、流体界面４８１及び４８１a、流体流入口４８２、流体４９、回転軸１００が示されている。

図４は、図１の実施例のストッパ４６を、円形平板の中心を穿孔した形態に変形した。これは、流体４９が充填される貯蔵部４８の形態を全体的に回転軸１００と垂直方向に形成したので可能になる。貯蔵部４８の形態をこのように形成するためには、ストッパ４６または/及びスリーブ４２の接触部４２２の一部を除去することにより可能になる。図４の実施例では、拡大断面図に示すように接触部４２２の一部を除去して流体４９を充填する貯蔵部４８を形成した。空隙の形態は、長さ方向が全体的に回転軸１００と垂直であることが分かる。一方、このような形態であっても、流体の流入口４８２とホールの出口４７１は空間的に繋がらないようにする。このような貯蔵部４８の形態を有することで、十分な量の流体４９を貯蔵できる空間を確保することができるようになり、ストッパ４６はハウジング４１方向に突出された形態でなくとも差し支えないことになる。

図４の拡大断面図のように、ハブ４４の回転に応じて流体界面４８１aが傾いてもストッパ４６は十分に流体４９の離脱を防止できるようになる。さらに、このような貯蔵部４８の形態はハブ４４の回転の際、遠心力により流体４９の圧力がホールの出口４７１方向を向くようになるので、ベアリング全体の動圧を上昇させる。

ストッパ４６の垂直長さが短くなることに応じてハウジングの形態を変化させることができ、全体的なベアリングの厚みも図１の実施例と比し短くなる。また、貯蔵部４８の形態を傾くように形成する必要がなく、スリーブ４２の突出部４２１の直径が確保されることと同時に、ハウジング４１との結合力も上昇される。

一方、以上の実施例によるグルーブの形態に対して説明すれば次の通りである。図５ａは、本発明の好ましい第３実施例によるヘリングボーンタイプのグルーブであり、図５ｂは、本発明の好ましい第４実施例によるスパイラルタイプのグルーブである。

これらの図５ａと図５ｂのグルーブ５０ａ及び５０ｂは、基本的に第１及び第２実施例のストッパ１６及び４６と、ハブ１４及び４４の接触面の一側に形成されることが好ましい。ヘリングボーン（Ｈｅｒｒｉｎｇ Ｂｏｎｅ）タイプのグルーブ５０ａは、図５ａのような形態が一般的であり、スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）のグルーブ５０ｂは、図５ｂのような形態が一般的である。グルーブ５０ａ及び５０ｂは、オイルを遠心力の方向にポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）するように形成することが好ましい。このようなポンピング方向は、ベアリング全体の動圧を上昇させることになる。オイルのポンピング方向を決定するためには、ハブ１４及び４４の回転方向に合わせてグルーブ５０ａ及び５０ｂの形態を決定しなくてはならない。グルーブ５０ａ及び５０ｂは、図５ａと図５ｂの形態のヘリングボーンタイプとスパイラルタイプの以外にも多様な形態に変形されることができる。

一方、ベアリングの動圧が発生する部分、すなわち、第１及び第２実施例のハブ１４及び４４と、スリーブ１２及び４２の接触面の中の一側にもグルーブ５０ａ及び５０ｂや、これに準ずる流体の流れと動力発生及び強化に寄与する形態のグルーブを形成することができる。

本発明の技術思想が上述した実施例により具体的に記述されたが、上述した実施例はその説明のためのものであり、その制限のためではないし、本発明の技術分野の通常の専門家であれば本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解できるであろう。

本発明の好ましい第１実施例による流体動圧ベアリングモータの断面図である。 本発明の好ましい第１実施例による流体動圧ベアリングモータの流体の流れを示す断面図である。 本発明の好ましい第１実施例による動圧部の位置に応ずる動圧の程度を示すグラフである。 本発明の好ましい第２実施例による流体動圧ベアリングモータの断面図である。 本発明の好ましい第３実施例によるヘリングボーンタイプのグルーブである。 本発明の好ましい第４実施例によるスパイラルタイプのグルーブである。

符号の説明

１１、４１ ハウジング
１２、４２ スリーブ
１３、４３ コイル
１４、４４ ハブ
１５、４５ マグネット
１６、４６ ストッパ
１７、４７ 貫通ホール
１８、４８ 貯蔵部
１９、４９ 流体
１００ 回転軸

Claims (5)

1. 縁にコイルが結合された丸形のハウジングと、
   前記ハウジングの中心部に結合される突出部及び前記突出部と一体に形成された丸形の接触部を含むスリーブと、
   内周面が前記接触部に結合され、縁に前記コイルと対向するマグネットが付着される丸形のハブと、
   前記ハウジングと前記接触部の間に位置して、 前記ハブから前記スリーブが離脱されないように前記ハブに結合されるストッパと、
   前記ストッパと前記スリーブの間に形成された空隙に流体が充填されて、前記接触部と前記ハブの内周面の間に流体を供給及び維持させる貯蔵部とを含み、
   前記スリーブの中心から前記スリーブの縁方向に貫通ホールが形成され、前記貫通ホールは前記貯蔵部と空間的に離隔されて形成された流体動圧ベアリングモータ。
2. 前記貯蔵部は、長さ方向が前記ハブの回転軸に対して垂直に形成される請求項１に記載の流体動圧ベアリングモータ。
3. 前記ストッパは、中心部が穿孔された円形平板である請求項１に記載の流体動圧ベアリングモータ。
4. 前記接触部または前記ハブの内周面には、流体の動圧発生及び循環を誘導するグルーブが形成される請求項１に記載の流体動圧ベアリングモータ。
5. 前記ハブの内周面、または前記ハブの内周面と対応される前記ストッパには、流体の動圧発生を誘導し前記流体を遠心力方向にポンピングするグルーブが形成される請求項１または４に記載の流体動圧ベアリングモータ。